(57)【要約】      （修正有）【課題】オーバーヘッドコイルを用いたプラズマ分布の制御によりウエハーまたは加工物表面の均一性改善できるプラズマ反応器とプラズマ分布の制御方法を提供する。【解決手段】加工物１１０を処理するプラズマ反応器は、側壁およびシーリングによって画定される真空チャンバと、チャンバ内に加工物支持表面を有し、シーリングに面し、カソード電極を含む加工物支持用ペデスタルを含む。ＲＦパワー発生器がカソード電極に結合されている。プラズマ分布は、加工物支持表面の上にある第１の平面内の外部環状内側電磁石６０と、加工物支持表面の上にある第２の平面内の、内側電磁石よりも大きな直径を有する外部環状外側電磁石６５と、加工物支持表面の下にある第３の平面内の外部環状底部磁石４０１とによって制御される。ＤＣ電流供給源が、内側、外側および底部電磁石のそれぞれに接続されている。【選択図】図５４
2006237590.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工物を処理するプラズマ反応器であって、
側壁およびシーリングを備える真空チャンバと、
前記チャンバ内に加工物支持表面を有し、前記シーリングに面し、カソード電極を備える加工物支持用ペデスタルと、
前記カソード電極に結合されたＲＦパワー発生器と、
前記加工物支持表面の上にある第１の平面内の外部環状内側電磁石と、
前記加工物支持表面の上にある第２の平面内の、前記内側電磁石よりも大きな直径を有する外部環状外側電磁石と、
前記加工物支持表面の下にある第３の平面内の外部環状底部磁石と、
前記内側、外側および底部電磁石のそれぞれに接続された内側、外側および底部ＤＣ電流供給源と、
を備える、プラズマ反応器。
【請求項２】
前記加工物支持用ペデスタルならびに内側、外側および底部磁石が略同軸である、請求項１に記載のプラズマ反応器。
【請求項３】
前記第１の平面が前記第２の平面の上にあり、前記第１の平面と第２の平面の両方が前記第３の平面の上にある、請求項２に記載のプラズマ反応器。
【請求項４】
前記第１、第２、第３の平面が前記加工物支持表面と平行である、請求項３に記載のプラズマ反応器。
【請求項５】
前記内側、外側および底部ＤＣ電流供給源からのＤＣ電流を制御するプロセッサを更に備える、請求項１に記載のプラズマ反応器。
【請求項６】
前記プロセッサが、
（ａ）前記ＤＣ電流が、前記底部電磁石と前記内側および外側電磁石の一方とに、前記加工物支持表面で等しく逆の磁場を生成させるカスプモードと、
（ｂ）前記ＤＣ電流が、前記底部電磁石と前記内側および外側電磁石の一方とに、前記加工物支持表面で類似の磁場を生成させるミラーモードと、
（ｃ）前記ＤＣ電流が、前記電磁石の少なくとも１個に、前記加工物支持表面で径方向および軸方向磁場の両方を生成させるソレノイドモードを備える３つのモードで動作可能である、請求項５に記載のプラズマ反応器。
【請求項７】
前記プロセッサが一度に前記３つのモードの１つだけで動作可能である、請求項６に記載のプラズマ反応器。
【請求項８】
前記プロセッサが前記３つのモードの選択された１つで動作可能である、請求項６に記載のプラズマ反応器。
【請求項９】
前記プロセッサが、
（ａ）前記底部電磁石と前記内側および外側電磁石の一方とが主に径方向ＤＣ磁場を発生するカスプモードと、
（ｂ）前記底部電磁石と前記内側および外側電磁石の一方とが主に軸方向磁場を発生するミラーモードと、
（ｃ）前記電磁石の少なくとも１個が軸方向および径方向磁場を発生させるソレノイドモードを備える３つのモードで動作可能である、請求項５に記載のプラズマ反応器。
【請求項１０】
前記プロセッサが前記３つのモードの選択された１つで動作可能である、請求項９に記載のプラズマ反応器。
【請求項１１】
前記プロセッサが前記３つのモードの成分を同時に発生するように動作可能である、請求項９に記載のプラズマ反応器。
【請求項１２】
加工物支持表面の上にある第１の平面内の外部環状内側電磁石と、前記加工物支持表面の上にある第２の平面内の、前記内側電磁石よりも大きな直径を有する外部環状外側電磁石と、前記加工物支持表面の下にある第３の平面内の外部環状底部磁石とを有するプラズマ反応器において、プラズマイオン濃度分布の均一性を改善する方法であって、
前記底部電磁石と前記内側および外側電磁石の一方とから、前記加工物支持表面の中央でのプラズマイオン濃度に対して、前記加工物支持表面の周辺部近傍のプラズマイオン濃度を増加させるのに十分な磁場強度を有する径方向磁場を、前記加工物支持表面で生成するステップを備える、方法。
【請求項１３】
前記内側および外側電磁石の他方で追加の磁場成分を生成することによって、前記周辺部でのプラズマイオン濃度を更に増加させるステップを更に備える、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記追加の磁場成分が前記加工物支持表面での軸方向磁場を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記軸方向磁場が前記加工物支持表面で前記径方向磁場よりも低い磁場強度を有する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
製品加工物を処理する前に、プラズマイオン濃度径方向分布の所望の均一性を生成するソレノイド磁場を求めて、前記ソレノイド磁場の径方向成分を決定するステップを更に備え、
前記径方向磁場を発生するステップが、プラズマイオン濃度径方向分布の均一性が前記ソレノイド磁場により生成された前記所望の均一性に少なくともほぼ達するまで、前記径方向磁場を前記ソレノイド磁場の前記径方向成分の強度を越えて増加させることを備える、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
加工物支持表面の上にある第１の平面内の外部環状内側電磁石と、前記加工物支持表面の上にある第２の平面内の、前記内側電磁石よりも大きな直径を有する外部環状外側電磁石と、前記加工物支持表面の下にある第３の平面内の外部環状底部磁石とを有するプラズマ反応器において、プラズマイオン濃度分布を制御する方法であって、
前記底部電磁石と前記内側および外側電磁石の一方とから、前記加工物支持表面の中央でのプラズマイオン濃度に対して、前記加工物支持表面の周辺部近傍のプラズマイオン濃度を増加させるのに十分な磁場強度を有する径方向磁場を、前記加工物支持表面で生成するステップと、
前記内側および外側電磁石の他方から、より均一なプラズマイオン濃度の径方向分布に到達するための最小強度の軸方向磁場を前記加工物支持表面で生成するステップと、
を備える、方法。
【請求項１８】
前記加工物支持表面で処理された製品ウエハー上のエッチング速度径方向分布からプラズマイオン濃度が決定される、請求項１７に記載のプラズマ反応器。
【請求項１９】
加工物支持表面の上にある第１の平面内の外部環状内側電磁石と、前記加工物支持表面の上にある第２の平面内の、前記内側電磁石よりも大きな直径を有する外部環状外側電磁石と、前記加工物支持表面の下にある第３の平面内の外部環状底部磁石とを有するプラズマ反応器において、プラズマイオン濃度分布を制御する方法であって、
プラズマイオン濃度分布の不均一性を最小化する傾向がある、前記内側、外側および底部磁石の対に印加されるＤＣ電流対のセットを求めるステップと、
前記セットの前記ＤＣ電流対のそれぞれについて、プラズマイオン濃度分布の不均一性を最小化する傾向がある、前記内側、外側および底部磁石の他方に印加されるＤＣ電流を求めて、前記内側、外側および底部磁石に対応するＤＣ電流トリプレットのセットを確立するステップと、
前記ＤＣ電流トリプレットの１つを前記内側、外側および底部磁石に印加するステップと、
を備える、方法。
【請求項２０】
内側、外側および底部電磁石の前記対が前記底部電磁石と前記内側および外側電磁石の一方とを備え、それによって前記電磁石対が主に径方向磁場を前記加工物支持表面で確立し、他の磁石がより小さい軸方向磁場を確立する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
内側、外側および底部磁石の前記対が、前記底部磁石および前記外側磁石を備え、前記他の磁石が前記内側磁石を備える、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
プラズマイオン濃度分布が、前記加工物支持表面で加工された半導体ウエハー上で測定されたエッチング速度の径方向分布から推定される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
加工物支持表面の上にある第１の平面内の外部環状内側電磁石と、前記加工物支持表面の上にある第２の平面内の、前記内側電磁石よりも大きな直径を有する外部環状外側電磁石と、前記加工物支持表面の下にある第３の平面内の外部環状底部磁石とを有するプラズマ反応器において、プラズマイオン濃度分布を制御する方法であって、
前記加工物支持表面で未補正のプラズマイオン濃度分布を決定するステップと、
プラズマイオン濃度分布の変化を、前記内側、外側および底部磁石のそれぞれ独立した１個に単独で印加されるＤＣ電流の関数として決定するステップと、
前記内側、外側および底部磁石に印加されるＤＣ電流の異なる組み合わせについて、前記関数を前記未補正プラズマ分布に重ね合わせ、複数の試験的なプラズマイオン濃度分布を得るステップと、
高い均一性を有するプラズマイオン濃度分布の少なくとも１つを求めて前記試験的プラズマイオン濃度分布を探索し、それに対応する電流の最適なセットを決定するステップと、
前記電流の最適なセットを前記内側、外側および底部磁石のそれぞれに印加するステップと、
を備える、方法。
【請求項２４】
プラズマイオン濃度分布を決定するステップが、前記プラズマイオン濃度分布を前記加工物支持表面で加工された半導体ウエハー上で測定されたエッチング速度分布から推測することを備える、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
反応器チャンバ内の加工物支持表面上で加工物を処理するプラズマ反応器であって：
前記加工物支持表面の上にある第１の平面内の外部環状内側電磁石と；
前記加工物支持表面の上にある第２の平面内の、前記内側電磁石よりも大きな直径を有する外部環状外側電磁石と；
前記加工物支持表面の下にある第３の平面内の外部環状底部磁石と；
前記内側、外側および底部電磁石のそれぞれに印加されるＤＣ電流を制御するプロセッサと；
前記プロセッサにアクセス可能なメモリであって、前記メモリが前記内側、外側および底部ＤＣ電磁石のそれぞれ用のＤＣ電流の値を記憶し、前記電流が、
プラズマイオン濃度分布の不均一性を最小化する傾向がある、前記内側、外側および底部磁石の対に印加されるＤＣ電流対のセットを求めるステップ、
前記セットの前記ＤＣ電流対のそれぞれについて、プラズマイオン濃度分布の不均一性を最小化する傾向がある、前記内側、外側および底部磁石の他方に印加されるＤＣ電流を求めて、前記内側、外側および底部磁石に対応するＤＣ電流トリプレットのセットを確立するステップ、を備えるプロセスにより決定される、前記メモリと；
を備える、プラズマ反応器。
【請求項２６】
プラズマイオン濃度分布が、前記加工物支持表面で加工されたウエハー上で測定されたエッチング速度分布から推測される、請求項２５に記載のプラズマ反応器。
【請求項２７】
反応器チャンバ内の加工物支持表面上で加工物を処理するプラズマ反応器であって：
前記加工物支持表面の上にある第１の平面内の外部環状内側電磁石と；
前記加工物支持表面の上にある第２の平面内の、前記内側電磁石よりも大きな直径を有する外部環状外側電磁石と；
前記加工物支持表面の下にある第３の平面内の外部環状底部磁石と；
前記内側、外側および底部電磁石のそれぞれに印加されるＤＣ電流を制御するプロセッサと；
前記プロセッサにアクセス可能なメモリであって、前記メモリが前記内側、外側および底部ＤＣ電磁石のそれぞれ用のＤＣ電流の値を記憶し、前記電流が、
前記加工物支持表面で未補正のプラズマイオン濃度分布を決定するステップ、
プラズマイオン濃度分布の変化を、前記内側、外側および底部磁石のそれぞれ独立した１個に単独で印加されるＤＣ電流の関数として決定するステップ、
前記内側、外側および底部磁石に印加されるＤＣ電流の異なる組み合わせについて、前記関数を前記未補正プラズマ分布に重ね合わせ、複数の試験的なプラズマイオン濃度分布を得るステップ、
高い均一性を有するプラズマイオン濃度分布の少なくとも１つを求めて前記試験的プラズマイオン濃度分布を探索し、それに対応する電流の最適なセットを決定するステップ、
を備えるプロセスにより決定される、前記メモリと；
を備える、プラズマ反応器。
【請求項２８】
プラズマイオン濃度分布が、前記加工物支持表面で加工されたウエハー上で測定されたエッチング速度分布から推測される、請求項２７に記載のプラズマ反応器。
【請求項２９】
前記シーリングが容量結合オーバーヘッド電極を備え、前記プラズマ反応器が、
ＶＨＦプラズマソースパワー発生器と、
前記ＶＨＦプラズマソースパワー発生器を前記オーバーヘッド電極に結合する固定チューニング素子と、
共振周波数を前記ＶＨＦプラズマソースパワー発生器の周波数またはその近傍に有する前記チャンバでプラズマとの共振を形成する前記電極と、
を更に備える、請求項１に記載のプラズマ反応器。
【請求項３０】
前記固定チューニング素子が、スタブ共振周波数を前記共振周波数またはその近傍に有する同軸チューニングスタブを備える、請求項２９に記載のプラズマ反応器。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
[01]本願は、Ｄａｎｉｅｌ  Ｈｏｆｆｍａｎらによる２００４年５月７日出願の米国特許出願第１０／８４１，１１６号「ＣＡＰＡＣＩＴＩＶＥＬＹ  ＣＯＵＰＬＥＤ  ＰＬＡＳＭＡ  ＲＥＡＣＴＯＲ  ＷＩＴＨ  ＭＡＧＮＥＴＩＣ  ＰＬＡＳＭＡ  ＣＯＮＴＲＯＬ」の一部継続出願であり、この出願はＤａｎｉｅｌ  Ｈｏｆｆｍａｎらによる２００２年７月９日出願の米国特許出願第１０／１９２，２７１号「ＣＡＰＡＣＩＴＩＶＥＬＹ  ＣＯＵＰＬＥＤ  ＰＬＡＳＭＡ  ＲＥＡＣＴＯＲ  ＷＩＴＨ  ＭＡＧＮＥＴＩＣ  ＰＬＡＳＭＡ  ＣＯＮＴＲＯＬ」の分割出願であり、いずれも本願の譲受人に譲渡されている。
【背景】
【０００２】
[02]容量結合プラズマ反応器は、高アスペクト比の半導体マイクロエレクトロニクス構造の作製に用いられる。このような構造は、典型的に、半導体基板上に形成された１枚以上の薄膜を通る狭く深い開口を有している。容量結合プラズマ反応器は、誘電体エッチングプロセス、金属エッチングプロセス、化学気相堆積法等の、このようなデバイスを作製する各種のプロセスにおいて用いられる。このような反応器は、フォトリソグラフィマスクの作製や半導体フラットパネルディスプレイの作製にも使用される。このような用途は、所望のプロセスを強化する、または可能にするプラズマイオンに依存している。半導体加工物の表面上の半導体プラズマイオンの密度は、プロセスパラメータに影響を及ぼし、特に高アスペクト比マイクロエレクトロニクス構造の作製において重要である。実際に、高アスペクト比マイクロエレクトロニクス集積回路の作製における問題は、加工物表面にわたるプラズマイオン濃度の不均一性が、不均一なエッチング速度または堆積速度によるプロセスの不具合に繋がる可能性があることである。
【０００３】
[03]典型的な容量結合プラズマ反応器は、反応器チャンバ内にウエハー支持用ペデスタルを、ならびにウエハー支持部の上にあるシーリングを有する。シーリングは、チャンバ内にプロセスガスを噴霧するガス分配プレートを含むことができる。ＲＦ電源が、ウエハー支持部上のプラズマを衝突させて維持させるために、ウエハー支持部とシーリングまたは壁部にわたって印加される。チャンバが略円筒形であるのに対し、均一な処理を強化するためにシーリングとウエハー支持部が円筒チャンバと同軸の円形となっている。それでもやはり、このような反応器は不均一なプラズマ密度分布を有する。典型的には、プラズマイオンの径方向密度分布がウエハー支持部の中心上で高く、周辺部近傍で低いことが、重大な問題である。ウエハーまたは加工物表面にわたってプロセス均一性を改善するために、プラズマイオン濃度分布を制御する種々のアプローチが用いられており、少なくとも部分的にはこの問題を克服している。
【０００４】
[04]このようなアプローチの１つは、反応器チャンバの側面周辺に円周方向に離間され、チャンバの中心にすべてが面した磁気コイルのセットを提供することである。比較的低い周波数の正弦波電流が各コイルに供給されるが、ウエハー支持部上に低速回転する磁場を発生するために隣接するコイル内の正弦波電流の位相がオフセットされている。この特徴は、ウエハー支持部上のプラズマイオン濃度の径方向分布を改善する傾向がある。このアプローチが反応性イオンエッチングで使用される場合には、磁気強化反応性イオンエッチング（ＭＥＲＩＥ）と呼ばれる。このアプローチは一定の制限を有する。特に、磁場の強度に関連する半導体加工物上のマイクロエレクトロニクス構造に対するデバイス損傷を回避するために、磁場の強度を制限する必要があり得る。磁場強度の変化率と関連するチャンバのアーク放電を回避するために強度も制限しなければならない。結果として、全ＭＥＲＩＥ磁場は実質的に減少される必要があり得るので、プラズマイオン濃度均一性制御において実質的な制限に直面する可能性がある。
【０００５】
[05]別のアプローチは、ＣＭＦ（設定可能磁場）と呼ばれ、上記で参照したのと同じ円周方向に離間されたコイルを使用する。しかし、ＣＭＦでは、加工物支持部の平面にわたって広がる磁場を一方の側から他方の側にかけるためにコイルが動作される。加えて、磁場は、ウエハー支持部の軸の周りを回転し、径方向の時間平均された磁場を発生する。４個の並列コイルを有する反応器の場合には、１つのＤＣ電流を一対の隣接コイルに、異なる（逆の）ＤＣ電流を反対側の一対の隣接コイルに与えることによって、これが全て成し遂げられる。上述のように、コイルはこのパターンを回転して磁場が回転するように切り替えられる。このアプローチは、ＣＭＦ磁場を突然切り替えることによるチャンバまたはウエハーのアーク放電に対して脆弱であり、したがって、磁場強度は制限されなければならない。結果として、いくつかの用途では、磁場が反応器により発生されるプラズマイオン濃度の不均一性を補償するのに十分とはならない場合がある。
【０００６】
[06]このように、必要なのは、磁場においてプラズマイオン濃度分布の不均一性をより効率的に（磁場強度が低くできるように）時間変動をより低く（または無し）で補償する方法である。
【発明の概要】
【０００７】
[07]加工物を処理するプラズマ反応器は、側壁およびシーリングによって画成される真空チャンバと、チャンバ内に加工物支持表面を有し、シーリングに面し、カソード電極を含む加工物支持用ペデスタルを含む。ＲＦパワー発生器がカソード電極に結合されている。プラズマ分布は、加工物支持表面の上にある第１の平面内の外部環状内側電磁石と、加工物支持表面の上にある第２の平面内の、内側電磁石よりも大きな直径を有する外部環状外側電磁石と、加工物支持表面の下にある第３の平面内の外部環状底部磁石とによって制御される。ＤＣ電流供給源が、内側、外側および底部電磁石のそれぞれに接続されている。加工物支持用ペデスタルならびに内側、外側および底部磁石を略同軸とすることが可能である。一実施形態では、第１の平面が第２の平面の上にあり、第１の平面と第２の平面の両方が第３の平面の上にあり、第１、第２、第３の平面が加工物支持表面と平行である。
【０００８】
[08]反応器は、内側、外側および底部ＤＣ電流供給源からのＤＣ電流を制御するプロセッサを含むことが可能である。プロセッサを、すなわち、
ＤＣ電流が、底部電磁石と内側および外側電磁石の一方とに、加工物支持表面で等しく逆の磁場を発生させるカスプモードと、
ＤＣ電流が、底部電磁石と内側および外側電磁石の一方とに、加工物支持表面で類似の磁場を発生させるミラーモードと、
ＤＣ電流が、電磁石の少なくとも１個に、加工物支持表面で径方向および軸方向磁場の両方を発生させるソレノイドモードの３つのモードで動作可能とすることができる。
【０００９】
[09]プロセッサは、ウエハーでの軸方向磁場を制御する（例えば減少させる）ことによってデバイス損傷結果を改善しつつ、ウエハーでの径方向磁場でプラズマイオン濃度分布均一性を改善するために、３個の磁石についてＤＣ電流の最良の組み合わせを探索するようにプログラム可能である。
【発明の詳細な説明】
【００１０】
[67]特定のプラズマ反応器により提示されるプラズマイオン濃度分布は、チャンバ圧、ガス混合および拡散、ならびにソースパワー放射パターンの関数である。本発明の反応器では、プロセス均一性を改善するためにあらかじめ決められている選択された、または理想的な分布に近づけるために、この分布が磁気的に変更される。磁気的に変更または補正されたプラズマイオン濃度分布は、ウエハーまたは加工物の表面にわたってプロセス均一性が改善されるものである。このために、磁気的に補正されたプラズマ分布は、ユーザにより決定された必要性に応じて不均一か、または均一とすることができる。本発明者らは、平均磁場強度がプラズマに圧力を及ぼしてその分布を所望のものに変化させる効率を改善可能であることを発見した。この驚くべき結果は、この発見に従って磁場の勾配の径方向成分を増加させることにより達成可能である。径方向は、ほぼ円筒チャンバの対称軸であることが理解される。このように、必要なのは、大きな径方向勾配を有し、他方向に小さな磁場強度を有する磁場形状である。このような磁場はその対称軸が円筒反応器チャンバの軸と一致するカスプ型である。カスプ型磁場を発生する１つの手法は、円筒チャンバの上下にコイルを提供し、ＤＣ電流をこれらのコイルに逆方向に流すことである。
【００１１】
[68]チャンバ設計によっては、コイルをウエハー台の下に提供することが実行不可能である場合があり、したがって、第１の場合には、頂部コイルがこれらの目的を満足させる。加えて、必要なのは、所与のプラズマ反応器チャンバに固有のプラズマイオン分布（「周囲」プラズマイオン分布）の正確な制御または変更のために、カスプ型磁場を設定可能または調整可能とすることである。異なる容量結合プラズマ反応器に提供されたプラズマイオン分布は広範囲に変動する可能性があるので、このような調整可能性が必須となる場合がある。磁場勾配の径方向成分は、周囲分布を所望の分布に変更するために必要とされる磁気圧力を印加するように選ばれる。例えば、所望の分布が均一な分布である場合には、印加される磁場は、磁場がないときに反応器によって提示されるプラズマイオン濃度の径方向分布における不均一性を打ち消すように選択される。この場合には、例えば、反応器がプラズマイオン濃度の中央高分布を有する傾向があれば、磁場勾配はウエハー支持用ペデスタルの中央上のプラズマ密度を持続し、周辺近傍で強化して均一性を達成するように選ばれる。
【００１２】
[69]このようなカスプ型磁場の調整可能性は、本発明者らの発見に従って第１のコイルとは異なる（例えば、より小さい）直径の第２のオーバーヘッドコイルを少なくとも提供することにより達成される。それぞれのコイルのＤＣ電流は、高度に柔軟に、カスプ型磁場の形状を任意の周囲プラズマイオン分布を事実上変更してある所望のプラズマイオン分布に近づけることができるように、独立して調整可能である。この磁場形状の選択は、中央高または中央低プラズマイオン濃度分布を修正するために設計可能である。
【００１３】
[70]実現可能な利点の１つは、（上述のように）カスプ型磁場が磁場強度に対して大きな径方向勾配を有し、したがって高効率にプラズマに補正圧力を及ぼす点で２倍である。しかし、磁場が経時的に一定であるため、アーク放電を発生する傾向が大幅に低く、したがって必要なときにはかなり大きな補正容量にもいくらか強い磁場を使用することができる。本明細書で後述するように、この特徴はより高いチャンバ圧で大いに役立つ可能性がある。
【００１４】
[71]図１Ａは、調整可能なカスプ型磁場の提供を可能にする容量結合プラズマ反応器を図示する。図１Ａの反応器は、円筒形側壁５と、ガス分配プレートであるシーリング１０と、半導体加工物２０を保持するウエハー支持用ペデスタル１５とを含む。シーリング１０またはガス分配プレートは、アノードとして働くことができるように導電性であるか、またはそれに取り付けられたアノードを有することができる。シーリング１０またはガス分配プレートは、典型的にはアルミニウムでできており、内側ガスマニホールドとガス噴射オリフィスをチャンバ内に面したその内面に有する。プロセスガス供給源２５がプロセスガスをガス分配プレート１０に与える。真空ポンプ３０が反応器チャンバ内部の圧力を制御する。反応器チャンバ内部のプラズマを点火し、維持するためのプラズマソースパワーが、ウエハー支持用ペデスタル１５がＲＦ電極として働くようにインピーダンス整合回路４５を介してウエハー支持用ペデスタル１５に接続されたＲＦ発生器４０により発生される。カウンタ電極として働くように、アノード（導電材料で形成されたシーリング１０とすることができる）がＲＦグラウンドに接続される。このような反応器は、非常に不均一なプラズマイオン濃度分布を有する傾向があり、それは典型的には中央高である。
【００１５】
[72]図１Ｂは、シーリング１０が、図１Ａのように直接グラウンドに接続されるよりむしろ、プラズマソースパワーを与えるＶＨＦ信号発生器１２にＲＦインピーダンス整合素子１１（概略のみを示す）を通して接続されているという特徴を図示する。この場合には、ＲＦ発生器４０が単に半導体ウエハーまたは加工物２０上のＲＦバイアスを制御するに過ぎない。（ＲＦインピーダンス整合素子１１は、例えば同軸チューニングスタブまたはストリップライン回路等の固定チューニング素子とすることができる。）このような特徴は、この明細書の後の部分でより詳細に論じる。
【００１６】
[73]プラズマイオン濃度の分布を制御するために、誘導コイルのセットがシーリング上方に提供される。図１Ａの場合には、このコイルのセットは、円筒チャンバと同軸でそれぞれが導電体の１つの巻き線を構成する内側コイル６０および外側コイル６５を含んでいる。巻き線６０、６５は図１Ａに一巻きとして図示されているが、例えば図１Ｂに示したようにそれぞれが垂直方向に配列された複数の巻きからなってもよい。あるいは、図１Ｃに示すように、巻き線６０、６５は、垂直方向および水平方向の両方に延びてもよい。図１Ａの場合には、内側コイル６０が外側コイル６５よりもシーリング１０のずっと上方に配置されている。しかしながら、他の場合には、この配列が反転されるか、または２個のコイル６０、６５がシーリング１０上方の同じ高さとすることもできる。
【００１７】
[74]図１Ａおよび図１Ｂの場合には、コントローラ９０が、コイル６０、６５のそれぞれに接続されたそれぞれ独立のＤＣ電流供給源７０、７５を制御することにより、それぞれオーバーヘッドコイル６０、６５に流れる電流の大きさおよび極性を決定する。図２を参照すると、コントローラ９０が、コントローラ９０を通して電流を与えるＤＣ電流供給源７６からコイル６０、６５へのＤＣ電流を管理し、コントローラ９０がコイル６０、６５のそれぞれに接続されている場合が図示されている。いずれの場合にも、コントローラ９０は異なる極性および大きさのＤＣ電流をコイル６０、６５の異なるものに流させることが可能である。図２の場合には、コントローラ９０が、それぞれのコイル６０、６５に印加されるＤＣ電流を調整する一対の電位差形８２ａ、８２ｂと、コイル６０、６５のそれぞれに印加されるＤＣ電流の極性を独立に決定する一対の連動スイッチ８４ａ、８４ｂと、を含んでいる。電位差形８２ａ、８２ｂと連動スイッチ８４ａ、８４ｂをインテリジェント管理するために、マイクロプロセッサ９１等のプログラム可能なデバイスをコントローラ９０に含めることが可能である。
【００１８】
[75]図１Ａ、図１Ｂおよび図１Ｃに図示された２個のコイル６０、６５の配列は、内側コイル６０が外側コイル６５よりもシーリング１０の上方でより高く置かれており、一定の利点を提供する。詳細には、いずれかのコイルにより提供される磁場勾配の径方向成分が、少なくとも大ざっぱには、コイルの半径に比例し、コイルからの軸方向変位に反比例する。このように、内側および外側コイル６０、６５は、その異なるサイズおよび変位により異なる役割を果たす。外側コイル６５はその大きい半径とウエハー２０への近接によりウエハー２０の全面にわたって支配するが、内側コイル６０はウエハー中央近傍でその最大の効果を発揮し、磁場の細かい調整または形作りのためのトリムコイルと見なすことが可能である。異なる半径で異なるプラズマからの変位で置かれた異なるコイルによりこのような差分制御を実現するために、他の配列も可能である。この明細書である実施例を参照して後述するように、周囲プラズマイオン濃度分布に対する異なる変化が、それぞれのオーバーヘッドコイル（６０、６５）を流れる電流の異なる大きさを選択するだけでなく、異なるオーバーヘッドコイルの電流の異なる極性または方向を選択することによっても得られる。
【００１９】
[76]図３Ａは、図１Ａの場合に、ウエハー２０上の径方向位置の関数として内側コイル６０により発生される磁場の径方向（実線）および方位角（点線）成分を図示する。図３Ｂは、ウエハー２０上の径方向位置の関数として外側コイル６５により発生される磁場の径方向（実線）および方位角（点線）成分を図示する。図３Ａおよび図３Ｂに図示されたデータは、ウエハー２０が直径３００ｍｍ、内側コイル６０が直径１２インチでプラズマの約１０インチ上方に置かれ、外側コイル６５が直径２２インチでプラズマの約６インチ上方に置かれた実施において得られた。図３Ｃは、内側および外側オーバーヘッドコイル６０、６５により発生される半カスプ型磁場ラインパターンの略図である。
【００２０】
[77]図２のコントローラ９０は、ウエハー表面での磁場を調整し、それによってプラズマイオン濃度の空間分布を変化させるために、それぞれのコイル６０、６５に印加される電流を変化させることが可能である。そこで図示されるのは、コントローラ９０がこれらの磁場を変化させることにより、チャンバ内のプラズマイオン分布にどのぐらい大きい影響を与え、改善可能であるかを図示するために、コイル６０、６５の異なるものによって印加された異なる磁場の効果である。以下の実施例では、プラズマイオン分布よりもむしろウエハー表面にわたるエッチング速度の空間分布が直接測定される。エッチング速度分布はプラズマイオン分布の変化とともに直接変化し、したがって、一方における変化が他方における変化を反映している。
【００２１】
[78]図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃおよび図４Ｄは、低いチャンバ圧（３０ｍＴ）でのみ内側コイル６０を用いて実現される有益な効果を図示する。図４Ａは、ウエハー２０の表面上の位置（水平方向ＸおよびＹ軸）の関数として測定されたエッチング速度（垂直方向Ｚ軸）を図示する。このように、図４Ａはウエハー表面の平面におけるエッチング速度の空間分布を図示する。エッチング速度分布の中央高不均一性が図４Ａで明確に見られる。図４Ａは、磁場が印加されない場合に対応しており、したがって、反応器に固有であり補正が必要な不均一なエッチング速度分布を図示している。この場合のエッチング速度は５．７％の標準偏差を有している。図４および図５において、径方向磁場がプラズマイオン濃度の径方向分布の均一性改善に有効なものであることは当然だが、磁場強度はウエハーの中央近傍の軸方向磁場として説明される。軸方向磁場がこの説明で選ばれたのは、より容易に測定されるからである。ウエハーのエッジでの径方向磁場は、典型的にこの位置での軸方向磁場の約１／３である。
【００２２】
[79]図４Ｂは、内側コイル６０が９ガウスの磁場を生成するために通電されているとき、エッチング速度分布がどのように変化するかを図示する。不均一性は４．７％の標準偏差まで減っている。
【００２３】
[80]図４Ｃで、内側コイル６０の磁場が１８ガウスまで増加されており、中央のピークが大幅に縮小していることが見られ、その結果ウエハーにわたるエッチング速度の標準偏差が２．１％まで減少された。
【００２４】
[81]図４Ｄで、内側コイル６０の磁場が２７ガウスまで更に増加されており、図４Ａの中央高パターンが中央低パターンへとほぼ反転されている。図４Ｄの場合のウエハー表面にわたるエッチング速度の標準偏差は５．０％であった。
【００２５】
[82]図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃおよび図５Ｄは、より高いチャンバ圧（２００ｍＴ）で両方のコイル６０、６５を用いる有益な効果を図示する。図５Ａは、図４Ａに対応しており、磁場により補正されない反応器の中央高なエッチング速度の不均一性を描いている。この場合には、ウエハー表面にわたるエッチング速度の標準偏差は５．２％であった。
【００２６】
[83]図５Ｂで、外側コイル６５が２２ガウスの磁場を発生するために通電されており、エッチング速度分布における中央ピークがいくらか減っている。この場合には、エッチング速度の標準偏差は３．５％まで減っている。
【００２７】
[84]図５Ｃで、両方のコイル６０、６５が２４ガウスの磁場を発生するために通電されている。図５Ｃに見られる結果は、周辺部近傍のエッチング速度が増加しているのに対してエッチング速度分布における中央ピークが大幅に減っているものであった。全体的な効果は、３．２％の低い標準偏差を持ったより均一なエッチング速度分布である。
【００２８】
[85]図５Ｄで、両方のコイル６０、６５が４０ガウスの磁場を発生するために通電され、過剰補正となるため、ウエハー表面にわたるエッチング速度分布が中央低パターンへと変形されている。この後者の場合のエッチング速度の標準偏差は３．５％まで（図５Ｃの場合に対して）若干上昇している。
【００２９】
[86]図４Ａ〜図４Ｄの低圧試験で得られた結果を図５Ａ〜図５Ｄ高圧試験と比較すると、エッチング速度の不均一分布を同様な補正を達成するためには、高いチャンバ圧ほどより一層大きい磁場を必要とすると見られる。例えば、３０ｍＴでは、最適な補正が１８ガウスの内側コイル６０のみを用いて得られたのに対して、３００ｍＴでは、最適な補正を達成するには両方のコイル６０、６５を用いた２４ガウスの磁場が必要とされる。
【００３０】
[87]図６は、オーバーヘッドコイルの磁場がプラズマイオン濃度またはエッチング速度分布の均一性に大きな影響を及ぼすが、エッチング速度自体にはあまり影響を及ぼさないことを示す。エッチング速度分布の均一性は改善したいが、特定の半導体プロセス用に選んだエッチング速度は変えないほうが好ましいので、これは利点である。図６で、ダイヤモンド記号が測定されたエッチング速度（左側の縦軸）を磁場（横軸）の関数として描いており、四角記号がエッチング速度（右側の縦軸）の標準偏差（不均一性）を磁場の関数として描いている。示された範囲の不均一性変化は約１桁であり、エッチング速度の変化は約２５％に過ぎない。
【００３１】
[88]図１Ａ、図１Ｂおよび図１Ｃのオーバーヘッドコイルインダクタ６０、６５を、従来のＭＥＲＩＥ反応器とともに用いることができる。図７および図８は、４個の従来のＭＥＲＩＥ電磁石９２、９４、９６、９８およびＭＥＲＩＥ電流コントローラ９９の追加の特徴を持った図１Ａに対応する場合を図示する。電流コントローラ９９はＡＣ電流をそれぞれのＭＥＲＩＥ電磁石９２、９４、９６、９８に提供する。それぞれの電流が同じ低い周波数であるが、従来の手法で、チャンバ内で低速で回転する磁場を発生するためにそれらの位相は９０度オフセットされている。
【００３２】
オーバーヘッドコイルを用いたプラズマ分布の制御：
[89]反応器の方法に従って、特定の反応器に固有のウエハー表面にわたるプラズマイオン濃度分布が、特定の手法でオーバーヘッドコイル６０、６５により発生された特定の磁場を選択することによって合わされる。例えば、プラズマ分布をウエハー表面にわたるより均一なエッチング速度分布を発生するように合わせることができる。この合わせ込みは、例えば、オーバーヘッドコイルにおいてＤＣ電流の最適な極性および振幅を選択するようにコントローラ９０をプログラムすることにより成し遂げられる。本実施例が２個の同心オーバーヘッドコイル（すなわちコイル６０、６５）だけを持った反応器に関するが、この方法は３個以上のコイルでも実行可能であり、オーバーヘッドコイルの数が多いほどより正確な結果が得られる。磁場は、コントローラ９０がウエハー表面にわたるプラズマイオン濃度分布を変化させることにより合わせられ、これがエッチング速度分布に影響を及ぼす。
【００３３】
[90]第１のステップは、補正磁場なしにオーバーヘッドコイル６０、６５からウエハー表面にわたるエッチング速度分布を測定する。次のステップは、エッチング速度分布をより均一にするプラズマイオン濃度分布の変化を決定する。最後のステップは、プラズマイオン濃度分布の所望の変化を発生するような磁場を決定する。この磁場を考えると、このような磁場を発生するのに必要なオーバーヘッドコイル６０、６５内の電流の大きさと方向が、既知の静磁場方程式から計算可能である。
【００３４】
[91]本発明者らは、磁場からオーバーヘッドコイル６０、６５の磁場によりプラズマに作用する圧力（いわゆる「磁気圧力」）を計算する手法を求めた。このことは以下で論じる。プラズマの磁気圧力がプラズマイオン濃度分布を変化させる。このプラズマイオン濃度分布の変化は、ウエハー表面にわたるエッチング速度分布を比例的に変化させ、それを直接観察可能である。したがって、ウエハー表面にわたるプラズマイオン濃度分布およびエッチング速度分布が少なくとも大ざっぱには比例係数により関連付けられている。
【００３５】
[92]最初に、磁場をオーバーヘッドコイル６０、６５から印加する前にウエハー表面にわたるエッチング速度の空間分布が測定される。これから、エッチング速度分布の（均一分布を達成するための）所望の変化を決定可能である。次に、チャンバ内の位置およびコイル内の電流の関数として、各オーバーヘッドコイル６０、６５により発生される磁場の空間分布が各コイルの配置から分析的に決定される。既知の電流のセットをコイルに印加し、結果的に生じるウエハー表面にわたるエッチング速度分布の変化を測定することによって、リニアスケール係数がウエハー表面の全てのコイルの磁場のベクトル和をウエハー表面でのエッチング速度分布の変化に関連付けることを推定可能である。（このスケール係数は、一般にプラズマの中立圧力の関数であり、約５００ｍＴのチャンバ圧まで有効である。）したがって、エッチング速度分布の（より良い均一性を達成するための）所望の変化または補正を考えると、（この明細書で後述する手法で）必要な磁場を求めることができ、前もって分析的に決定した磁場空間分布関数を用いて対応するコイル電流をそこから推測可能である。
【００３６】
[93]エッチング速度分布の不均一性に対する所望の補正は様々な手法を確立することが可能である。例えば、「差分」分布を発生するために、ウエハー表面にわたる二次元エッチング速度分布を均一または平均のエッチング速度から差し引くことが可能である。この方法において補正すべきエッチング速度分布の不均一性は、容量結合ソースパワーの不均一な印加、不均一なプロセスガス分布および不均一なプラズマイオン濃度分布を含む、反応器チャンバ内の種々の要因の結果である。上記方法では、プラズマイオン濃度分布を磁気圧力により変化させることによって不均一性が補正される。
【００３７】
[94]以下の方法は、ある所望の手法で不均一な「補正後」プラズマ分布を確立するように使用することもできる。この場合、なされるべき補正は「未補正」または周囲プラズマイオン濃度分布と所望の分布（それ自体は不均一）間の差である。このように、この方法はプラズマ密度分布をより均一にするか、あるいは必ずしも均一でない特定の選択された密度分布パターンにするのに役立つ。
【００３８】
[95]上記方法を実行するための一連のステップを、図９を参照して説明する。
【００３９】
[96]第１のステップ（図９のブロック９１０）は、オーバーヘッドコイル６０、６５のそれぞれについて、ウエハー表面の磁場の式をコイル内の電流およびウエハー表面上の径方向位置の関数として分析的に決定する。円柱座標を用いて、i番目のコイルをＢｉ（ｒ，ｚ＝ｗａｆｅｒ，Ｉｉ）としてこの式を書くことができる。それはビオサバールの法則から非常に単刀直入に決定される。
【００４０】
[97]次のステップ（図９のブロック９２０）は、オーバーヘッドコイル６０、６５内に電流を流さずに実行される。このステップでは、ウエハー表面にわたるプラズマイオン濃度の空間分布が測定される。この空間分布はｎ（ｒ，ｚ＝ｗａｆｅｒ）として書くことができる。このステップでは、試験ウエハーのウエハー表面にわたるエッチング速度分布を測定することによって、プラズマイオン濃度分布を間接的に測定可能である。熟練技能者は、容易にエッチング速度分布からプラズマイオン濃度分布を推測可能である。
【００４１】
[98]次に、ブロック９３０のステップで、前のステップで測定された、測定されたプラズマイオン濃度空間分布関数ｎ（ｒ，ｚ＝ｗａｆｅｒ）に対する補正ｃ（ｒ）が決定される。補正ｃ（ｒ）をあらゆる適切な手法で定義することができる。例えば、最大値ｎ（ｒ，ｚ＝ｗａｆｅｒ）ｍａｘ−ｎ（ｒ，ｚ＝ｗａｆｅｒ）として定義することもできる。このようにして、ｃ（ｒ）をｎ（ｒ，ｚ＝ｗａｆｅｒ）に加えてｎ（ｒ）ｍａｘと等しい均一な振幅を持った「補正後」分布を発生する。もちろん、補正関数ｃ（ｒ）を異なる均一な振幅を生成するように異なって定義することもできる。または、上で簡潔に述べたように、所望の分布が不均一である場合、補正は所望の分布とｎ（ｒ，ｚ＝ｗａｆｅｒ）の差である。
【００４２】
[99]次のステップ（ブロック９４０）は、オーバーヘッドコイル６０、６５のそれぞれについて「試験」電流Ｉｉを選択し、その電流を適切なコイルに印加して結果的に生じるプラズマイオン分布を測定するもので、ｎ（ｒ，ｚ＝ｗａｆｅｒ）ｔｅｓｔと書くことができる。イオン分布の変化Δｎ（ｒ）は、磁場有りおよび無しで測定したイオン分布を差し引いて近似値が得られる。
【００４３】
Δｎ（ｒ）＝ｎ（ｒ，ｚ＝ｗａｆｅｒ）−ｎ（ｒ，ｚ＝ｗａｆｅｒ）ｔｅｓｔ
[100]次のステップ（ブロック９５０）は、磁場により作用する圧力勾配（すなわち磁気圧力）をイオン分布の変化Δｎ（ｒ）に関連付けるスケール係数Ｓを計算する。この計算は、磁気圧力勾配をΔｎ（ｒ）で割ることによって行われる。i番目のコイルの磁場Ｂ（ｒ，ｚ＝ｗａｆｅｒ，Ｉｉ）の磁気圧力勾配は、磁気流体力学方程式に従ってコイルのそれぞれについて独立に計算される。
【００４４】
▽ｒＰ＝−▽ｒ［Ｂ（ｒ，ｚ＝ｗａｆｅｒ，Ｉｉ）２／２μ０］
ここで、添え字ｒは径方向成分を意味する。このようにそれぞれのコイルについて独立に得られた結果は、足し合わされる。したがって、全磁気圧力勾配は
−▽ｒ｛Σｉ［Ｂ（ｒ，ｚ＝ｗａｆｅｒ，Ｉｉ）２／２μ０］｝
したがって、スケール係数Ｓは、
Ｓ＝｛−▽ｒ｛Σｉ［Ｂ（ｒ，ｚ＝ｗａｆｅｒ，Ｉｉ）２／２μ０］｝｝／Δｎ（ｒ）
[101]この除算演算を、異なる値のｒで実行してもよく、結果が平均されてスカラー形式でＳが得られる。さもなければ、スケール係数Ｓはｒの関数となり適切に用いられる。
【００４５】
[102]ブロック９５０のステップで求められたスケール係数Ｓは、磁気圧力を決定するコイル電流Ｉｉと結果的に生じるイオン分布の変化の間の関連である。詳細には、コイル電流Ｉｉのセットを考えると、そのＩｉのセットから決定された磁気圧力にスケール係数Ｓをかけることによって、対応するイオン分布の変化ｎ（ｒ）を計算可能である。
【００４６】
Δｎ（ｒ）＝｛−▽ｒ｛Σｉ［Ｂ（ｒ，ｚ＝ｗａｆｅｒ，Ｉｉ）２／２μ０］｝｝／Ｓ
[103]このことが、（マクロプロセッサ９１等の）コンピュータが上記方程式を用いて、前もって規定又は所望されたプラズマイオン濃度分布の変化Δｎ（ｒ）の最良近似を発生するコイル電流Ｉｉのセットを探索する次のステップ（ブロック９６０）の根拠を提供する。この場合には、所望の変化がブロック９３０のステップで計算された補正関数ｃ（ｒ）に等しい。言い換えれば、コンピュータは以下の条件を満たすコイル電流Ｉｉのセットを探索する。
【００４７】
｛−▽ｒ｛Σｉ［Ｂ（ｒ，ｚ＝ｗａｆｅｒ，Ｉｉ）２／２μ０］｝｝＝ｃ（ｒ）ｓ
例えば、最急降下法を含む既知の最適化技法でこの探索を実行することもできる。このような技法は、当分野の熟練技能者によって容易に実行されるので、ここで説明の必要はない。
【００４８】
[104]探索により発見されたコイル電流Ｉｉのセットの大きさおよび極性は、次にコントローラ９０に送られて、これらの電流をそれぞれのコイル６０、６５に印加する。
【００４９】
[105]図１０は、磁気圧力（実線）をウエハー表面の径方向位置の関数として測定されたプラズマイオン分布の変化（点線）と比較している。上述したように、磁気圧力はオーバーヘッドコイルの磁場の二乗の勾配である。図１０は、磁気圧力とイオン濃度分布の変化の間に良好な相関があることを表示している。
【００５０】
[106]このような方法の適用は、図１１〜図１４に図示されている。図１１は、ウエハー表面のエッチング速度空間分布における不均一性または標準偏差（縦軸）が、オーバーヘッドコイルの一方のコイル電流とともにどのように変動したかを図示している。ゼロコイル電流では、標準偏差は約１２％であり、イオン分布は図１２に示すように中央高であった。
【００５１】
[107]約３％での最小不均一性が約１７アンペアのコイル電流で達成された。これは、約４倍（すなわちエッチング速度分布において１２％から３％の標準偏差）だけ改善されたことを表す。実際の、すなわち測定されたエッチング速度分布が図１３Ａに示され、図９の技法を用いて予測されたエッチング速度分布が図１３Ｂに示されている。
【００５２】
[108]３５アンペアの高いコイル電流では、エッチング速度分布標準偏差は約１４％であった。測定されたエッチング速度空間分布が図１４Ａに示され、予測された分布が図１４Ｂに示されている。
【００５３】
[109]図１３Ａを再度参照すると、得られる最も均一なイオン分布は確かに平坦ではなく、実際は周辺近傍が凹で中央近傍が凸の「ボウル」型である。より多くの独立したオーバーヘッドコイル（例えば３個以上）を使えば、より高い解像度とより良い均一性を結果とする電流の最適化を実行できる可能性がある。したがって、反応器はコイルを２個だけ有する場合に限られない。反応器は２個未満または３個以上のオーバーヘッドコイルを用いて様々な結果で実施することができる。
【００５４】
[110]シーリング表面でのプラズマイオン濃度分布またはエッチング速度分布を制御するために、同じ方法を適用することができる。このようなアプローチは、例えばチャンバ洗浄工程中に役立つ。図１５は、図９の方法のイオン濃度の空間分布（またはエッチング速度）が最適化されたバージョンを図示する。図１５のステップ、つまりブロック９１０’、９２０’、９３０’、９４０’、９５０’および９６０’は、それらがウエハー平面でなくシーリング平面用に実行される点を除けば図９のステップ、つまりブロック９１０、９２０、９３０、９４０、９５０および９６０と同じである。第１のステップ（図１５のブロック９１０’）は、オーバーヘッドコイル６０、６５のそれぞれについて、シーリング表面の磁場の式をコイル内の電流およびウエハー表面上の径方向位置の関数として分析的に決定する。円柱座標を用いて、i番目のコイルをＢｉ（ｒ，ｚ＝ｃｅｉｌｉｎｇ，Ｉｉ）としてこの式を書くことができる。それは簡単な静磁場方程式から決定され、コイル電流Ｉｉおよびシーリング表面上の径方向の位置ｒだけでなくコイルの半径やコイルとシーリング内表面間の距離ｚ＝ｃｅｉｌｉｎｇなどのある定数の関数でもある。
【００５５】
[111]次のステップ（図１５のブロック９２０’）は、オーバーヘッドコイル６０、６５内に電流を流さずに実行される。このステップでは、シーリング表面にわたるプラズマイオン濃度の空間分布が測定される。この空間分布をｎ（ｒ，ｚ＝ｃｅｉｌｉｎｇ）として書くことができる。このステップでは、従来のプローブまたは他の間接的技法によってプラズマイオン濃度分布を測定可能である。
【００５６】
[112]次に、ブロック９３０’のステップで、前のステップで測定された、測定されたプラズマイオン濃度空間分布関数ｎ（ｒ，ｚ＝ｃｅｉｌｉｎｇ）に対する補正ｃ’（ｒ）が決定される。（プライム表記法’はここでは図１５の計算を上記図９のものから区別するために使用され、導関数を意味するものではない。）補正ｃ’（ｒ）をあらゆる適切な手法で定義することができる。例えば、最大値ｎ（ｒ，ｚ＝ｃｅｉｌｉｎｇ）ｍａｘ−ｎ（ｒ，ｚ＝ｃｅｉｌｉｎｇ）として定義することもできる。このようにして、ｃ’（ｒ）をｎ（ｒ，ｚ＝ｃｅｉｌｉｎｇ）に加えてｎ（ｒ）ｍａｘと等しい均一な振幅を持った「補正後」分布を発生する。もちろん、補正関数ｃ’（ｒ）を異なる均一な振幅を発生するように異なって定義することもできる。また、特定の不均一な分布が所望される場合、補正は未補正または周囲プラズマ分布ｎ（ｒ，ｚ＝ｃｅｉｌｉｎｇ）と所望の不均一な分布との差である。このように、この方法は、特定の不均一パターンを有する所望のプラズマイオン濃度分布を確立するか、または均一なプラズマイオン濃度分布を確立するかのいずれかに使用可能である。
【００５７】
[113]次のステップ（ブロック９４０’）は、オーバーヘッドコイル６０、６５のそれぞれについて「試験」電流Ｉｉを選択し、その電流を適切なコイルに印加して結果的に生じるプラズマイオン分布を測定するもので、ｎ（ｒ，ｚ＝ｃｅｉｌｉｎｇ）ｔｅｓｔと書くことができる。イオン分布の変化Δｎ（ｒ）は、磁場有りおよび無しで測定したイオン分布を差し引いて得られる。
【００５８】
Δｎ’（ｒ）＝ｎ（ｒ，ｚ＝ｃｅｉｌｉｎｇ）−ｎ（ｒ，ｚ＝ｃｅｉｌｉｎｇ）ｔｅｓｔ
[114]次のステップ（ブロック９５０’）は、磁場により作用する圧力勾配（すなわち磁気圧力）をイオン分布の変化Δｎ’（ｒ）に関連付けるスケール係数Ｓ’を計算する。この計算は、磁気圧力勾配をΔｎ’（ｒ）で割ることによって行われる。i番目のコイルの磁場Ｂ（ｒ，ｚ＝ｃｅｉｌｉｎｇ，Ｉｉ）の磁気圧力勾配は、磁気流体力学方程式に従ってコイルのそれぞれについて独立に計算される。
【００５９】
▽ｒＰ＝−▽ｒ［Ｂ（ｒ，ｚ＝ｃｅｉｌｉｎｇ，Ｉｉ）２／２μ０］
ここで、添え字ｒは径方向成分を意味する。このようにそれぞれのコイルについて独立に得られた結果は、足し合わされる。したがって、全磁気圧力勾配は
−▽ｒ｛Δｉ［Ｂ（ｒ，ｚ＝ｗａｆｅｒ，Ｉｉ）２／２μ０］｝
したがって、スケール係数Ｓは、
Ｓ’＝｛−▽ｒ｛Σｉ［Ｂ（ｒ，ｚ＝ｗａｆｅｒ，Ｉｉ）２／２μ０］｝｝／Δｎ’（ｒ）
[115]ブロック９５０’のステップで求められたスケール係数Ｓ’は、磁気圧力を決定するコイル電流Ｉｉと結果的に生じるイオン分布の変化の間の関連である。詳細には、コイル電流Ｉｉのセットを考えると、そのＩｉのセットから決定された磁気圧力にスケール係数Ｓ’をかけることによって、対応するイオン分布の変化ｎ’（ｒ）を計算可能である。
【００６０】
Δｎ’（ｒ）＝｛−▽ｒ｛Σｉ［Ｂ（ｒ，ｚ＝ｗａｆｅｒ，Ｉｉ）２／２μ０］｝｝／Ｓ’
[116]このことが、（マクロプロセッサ９１等の）コンピュータが上記方程式を用いて、前もって規定又は所望されたプラズマイオン濃度分布の変化Δｎ’（ｒ）の最良近似を発生するコイル電流Ｉｉのセットを探索する次のステップ（ブロック９６０’）の根拠を提供する。この場合には、所望の変化がブロック９３０’のステップで計算された補正関数ｃ’（ｒ）に等しい。言い換えれば、コンピュータは以下の条件を満たすコイル電流Ｉｉのセットを探索する。
【００６１】
｛−▽ｒ｛Σｉ［Ｂ（ｒ，ｚ＝ｗａｆｅｒ，Ｉｉ）２／２μ０］｝｝／ｃ’（ｒ）Ｓ’
[117]例えば、最急降下法を含む既知の最適化技法でこの探索を実行することもできる。このような技法は、当分野の熟練技能者によって容易に実行されるので、ここで説明の必要はない。
【００６２】
[118]探索により発見されたコイル電流Ｉｉのセットの大きさおよび極性は、次にコントローラ９０に送られて、これらの電流をそれぞれのコイル６０、６５に印加する。
【００６３】
[119]オーバーヘッドコイル１個だけで、両方同時でなくウエハーまたはシーリングのいずれかでプラズマイオン分布の均一性を最適化するのにこの装置を用いることが可能である。少なくとも２個のオーバーヘッドコイル（例えばオーバーヘッドコイル６０、６５）を使えば、ウエハーとシーリングの両方で同時にプラズマイオン分布の均一性を少なくともおおよそ最適化することが可能である。
【００６４】
オーバーヘッドコイルを用いたプラズマのステアリング：
[120]本発明者らは、コイル電流Ｉｉがプラズマをシーリングおよび／または側壁に向けてステアリングするか、あるいはウエハー表面にステアリングすることによって選択することができることを発見した。図９の方法と同様にしてコイル電流Ｉｉをシーリング表面でのプラズマ密度分布の均一性を改善するためにも選択することができる。結果として、プラズマが処理中にウエハーに集中し、洗浄中にはシーリングおよび／または側壁に集中する。このようにシーリングでプラズマが集中するので、洗浄時間を短縮することができる。
【００６５】
[121]一例では、コントローラ９０によって−１７．５アンペアの電流を内部コイル６０に、＋１２．５アンペアの電流を外側コイル６５に印加して、プラズマをチャンバの側壁にステアリングした。図１６は、半径ゼロからチャンバの周辺部まで水平軸に沿って延び、ウエハー表面からシーリングまで垂直軸に沿って延びるチャンバ内の径方向部分を図示する。図１６の小さな矢印は、コントローラ９０によって−１７．５アンペアの電流を内部コイル６０に、＋１２．５アンペアの電流を外側コイル６５に印加して、プラズマをチャンバの側壁にステアリングしたときの、チャンバ内のいろいろな位置での磁場の大きさと方向を表示する。図１７は、ウエハー表面の対応する磁場の二乗の勾配を径方向位置の関数として図示する。
【００６６】
[122]別の例では、コントローラ９０によって−１２．５アンペアの電流を内部コイル６０に、＋５アンペアの電流を外側コイル６５に印加して、プラズマをチャンバのルーフにステアリングした。図１８は、半径ゼロからチャンバの周辺部まで水平軸に沿って延び、ウエハー表面からシーリングまで垂直軸に沿って延びるチャンバ内の径方向部分を図示する。図１８の小さな矢印は、コントローラ９０によって−１２．５アンペアの電流を内部コイル６０に、＋５アンペアの電流を外側コイル６５に印加して、プラズマがチャンバの側壁にステアリングされたときの、チャンバ内のいろいろな位置での磁場の大きさと方向を表示する。図１９は、ウエハー表面の対応する磁場の二乗の勾配を径方向位置の関数として図示する。
【００６７】
[123]他の例では、コントローラ９０によって−２５アンペアの電流を内部コイル６０に、＋２．７５アンペアの電流を外側コイル６５に印加して、プラズマをシーリングの中央から側壁に延びるフィールドラインに沿ってステアリングした。図２０は、半径ゼロからチャンバの周辺部まで水平軸に沿って延び、ウエハー表面からシーリングまで垂直軸に沿って延びるチャンバ内の径方向部分を図示する。図２０の小さな矢印は、コントローラ９０によって−２５アンペアの電流を内部コイル６０に、＋２．２．５アンペアの電流を外側コイル６５に印加して、プラズマがチャンバの側壁にステアリングされたときの、チャンバ内のいろいろな位置での磁場の大きさと方向を表示する。図２１は、ウエハー表面の対応する磁場の二乗の勾配を径方向位置の関数として表示する。
【００６８】
[124]図１７は、プラズマがエッジにステアリングされるとき、プラズマに対する高い正の磁気圧力をチャンバのエッジ近傍で作用させることを示す。図１９は、プラズマがシーリングのエッジに向けられるとき、プラズマに低い磁気圧力をチャンバのエッジ近傍で作用させることを示す。図２１は、磁力線がシーリングからエッジに延びるとき、チャンバエッジ近傍にある高い負の磁気圧力を示している。
【００６９】
[125]このように、オーバーヘッドコイル６０、６５内の電流を選んで、シーリングや側壁等の洗浄を要するチャンバ内の種々の位置にプラズマを向けることができる。あるいは、プラズマをウエハー近傍により集中させることもできる。プラズマをウエハーまたはシーリングのいずれかにステアリングするために、またはあるステアリング比ＳＲに従ってプラズマをウエハーおよびシーリング間で割り当てるために、図２２に図示したような方法を実行することができる。
【００７０】
[126]図２２を参照すると、第１のステップ（図２２の２２１０）は、オーバーヘッドコイル（例えば一対のコイル６０、６５）内の全てのコイル電流の関数として、チャンバ内部の磁場の分析的なモデルを定義する。これは、当分野の熟練技能者によって静磁場方程式を用いて容易に成し遂げられるので、ここで説明の必要はない。磁場はそれぞれのコイルからの独立した磁場の総計である。各独立磁場は、それぞれのコイルの直径、各コイルの位置、コイル内の電流、およびチャンバ内の位置の関数である。このように、i番目のコイルにより生成される磁場は以下のように書かれ、
Ｂ（ｘ，ｙ，ｚ，Ｉｉ）
故に全磁場は
Σｉ｛Ｂ（ｘ，ｙ，ｚ，Ｉｉ）｝
[127]次のステップ（ブロック２２２０）は、所望のプロセス条件のセットを満たす磁場のセットを選択する。例えば、プラズマをシーリングにステアリングするには、図１８の例に図示したように、プラズマをシーリングに向けて押すプラズマに対する磁気圧力を発生するように磁場が選択される。プラズマを側壁に向けてステアリングするには、図１６に図示したように、プラズマを周辺部に向けて押すプラズマに対する磁気圧力を発生するように磁場が選ばれる。
【００７１】
[128]上記ブロック２２２０のステップで定義された特定の条件を満たす各磁場について、コンピュータが所望の磁場を発生するコイル電流のセットを求めてブロック２２１０のステップで定義されたモデルを探索する。これがブロック２２３０の次のステップである。ブロック２２３０で求められた各電流のセットは、対応する条件の名前とともに対応するプロセス条件に関連付けられた記憶場所に記憶される（図２２のブロック２２４０）。特定のプロセス条件が選択された（例えばプラズマをシーリングにステアリングする）ときはいつでも、マイクロプロセッサ９１が対応する記憶場所から電流値のセットを取り出して（ブロック２２５０）、対応する電流を適切なコイルに印加させる（ブロック２２６０）。
【００７２】
[129]図２３は、マイクロプロセッサ９１がユーザの入力に応答するためにどのようにプログラムすることができるかを示している。まず最初に、処理がウエハー表面のエッチングを含むかどうかについての決定がなされる（ブロック２３１０およびプロセスがシーリングの洗浄（エッチング）を含むか否か（ブロック２３２０））。ウエハーのみがエッチングされる場合は、プラズマはウエハーにステアリングされて（ブロック２３３０）ウエハー表面でのプラズマ分布の均一性が図９の方法を用いて最適化される（ブロック２３５０）。シーリングが洗浄されるのと同時にウエハーがエッチングされる場合は、プラズマ密度がシーリングとウエハーの間で割り当てられて（ブロック２３６０）、プラズマ密度の均一性が図９のようにウエハー表面で、また図１５のようにシーリングで最適化される（ブロック２３７０）。シーリングのみが洗浄される場合は、プラズマはシーリングにステアリングされ（ブロック２３８０）、シーリングでのプラズマ密度の均一性が最適化される（ブロック２３９０）。
【００７３】
ＶＨＦオーバーヘッド電極を用いた使用：
[130]図２４は、内側および外側コイル６０、６５をどのようにして、固定チューニングスタブを通してＶＨＦプラズマソースパワー発生器に接続されたオーバーヘッド電極を有する容量結合反応器と組み合わせることができるかを図示する。このような反応器は、Ｄａｎｉｅｌ  Ｈｏｆｆｍａｎらによる２００１年１２月１９日出願の米国特許出願第１０／０２８，９２２号「Ｐｌａｓｍａ  Ｒｅａｃｔｏｒ  ｗｉｔｈ  Ｏｖｅｒｈｅａｄ  ＲＦ  Ｅｌｅｃｔｏｒｄｅ  Ｔｕｎｅｄ  ｔｏ  ｔｈｅ  Ｐｌａｓｍａ」に記載され、本願の譲受人に譲渡されており、その開示は参照することにより組み入れられる。
【００７４】
[131]図２４を参照すると、プラズマ反応器は、チャンバの底部に半導体ウエハー１１０を支持するウエハー支持部１０５を備える反応器チャンバ１００を含んでいる。プロセスキットは、例示的な実施において、アースされたチャンバ本体１２７上の誘電体リング１２０により支持される導電性または半導電性リング１１５を含むことができる。チャンバ１００は、誘電体シールによりアースされたチャンバ本体１２７上にウエハー１１０上方のギャップ長で支持された円盤状のオーバーヘッド導体電極１２５によって、頂部で境界が付けられている。一実施では、ギャップ長が変えられるようにウエハー支持部１０５が垂直方向に移動可能である。他の実施では、ギャップ長が固定された所定の長さである。オーバーヘッド電極１２５は、その内表面が半金属材料（例えばＳｉまたはＳｉＣ）で覆われた金属（例えばアルミニウム）か、あるいはそれ自体が半金属とすることができる。ＲＦ発生器１５０は、ＲＦパワーを電極１２５に印加する。発生器１５０からのＲＦパワーは、発生器１５０と整合された同軸ケーブル１６２を通して電極１２５に接続された同軸スタブ１３５内に結合されている。スタブ１３５は、特性インピーダンスを有し、共振周波数を有し、以下でより十分に説明するように、電極１２５と同軸ケーブル１６２またはＲＦパワー発生器１５０の出力の間にインピーダンス整合を提供する。チャンバ本体は、ＲＦ発生器１５０のＲＦ帰線（ＲＦグラウンド）に接続されている。オーバーヘッド電極１２５からＲＦグラウンドまでのＲＦ経路は、誘電体シール１２０および誘電体シール１３０の容量の影響を受ける。ウエハー支持部１０５、ウエハー１１０およびプロセスキットの導電性または半導電性リング１１５は、電極１２５に印加されるＲＦパワー用の主要なＲＦ帰線路を提供する。
【００７５】
[132]図１Ａの場合のように、内部コイル６０は外部コイル６５の直径の半分よりも小さく、外部コイル６５よりもチャンバから遠くはなれた平面上にある。内部コイル６０は電極１２５からかなり上方に配置されているが、外部コイル６５は電極１２５の頂部の平面上またはそれに近接して配置されている。図１の場合のように、コイル６０、６５内のＤＣ電流が、コイル６０、６５の電流供給源７０、７５を管理するプラズマステアリングコントローラ９０によって制御される。
【００７６】
[133]ＲＦ帰線またはグラウンドに関して測定される、電極１２５、プロセスキット１１５、１２０および誘電体シール１３０を含むオーバーヘッド電極アセンブリ１２６の容量は、例示的な場合には、１８０ピコファラドである。電極アセンブリ容量は、電極面積、ギャップ長（ウエハー支持部およびオーバーヘッド電極間の距離）によって、また、浮遊容量に影響を及ぼす要因、特にシール１３０および誘電体リング１２０の誘電値に影響を受けて、それが使用される材料の誘電率および厚みにより影響を受ける。より一般的には、以下に議論するように、電極アセンブリ１２６の容量（符号無し数値またはスカラー）は、特定のソースパワー周波数、プラズマ密度および作用する圧力で、大きさがプラズマの負の容量（複素数）と等しいかまたはほぼ等しい。
【００７７】
[134]上記の関係に影響を与える要因の多くは、反応器によって行われる必要のあるプラズマプロセス要件、ウエハーのサイズ、および処理がウエハー上で均一に実行される要件の現状により大部分が規定されている。このように、プラズマ容量がプラズマ密度とソースパワー周波数の関数であるのに対し、電極容量はウエハー支持部−電極ギャップ（高さ）、電極径、およびアセンブリの絶縁体の誘電値の関数である。プラズマ密度、作用する圧力、ギャップ、および電極径は、反応器により行われるプラズマプロセスの要件を満たさなくてはならない。特に、イオン濃度は一定の範囲内になくてはならない。例えば、一般にシリコンおよび誘電体プラズマエッチングプロセスは１０９〜１０１２ｉｏｎｓ／ｃｃの範囲内にあるプラズマイオン濃度を必要とする。ウエハー電極ギャップは、ギャップが約２インチである場合に例えば８インチのウエハーについて最適なプラズマイオン分布の均一性を提供する。電極径は、ウエハーの直径を超えないにしろ、少なくとも同程度であるのが好ましい。同様に、作用する圧力は典型的なエッチングおよび他のプラズマプロセスの実用的な範囲を有する。
【００７８】
[135]しかし、上述の好ましい関係を達成するために選択可能な他の要因がまだあることが分かっている。特にソース周波数の選択とオーバーヘッドアセンブリ１２６用の容量の選択である。ソースパワー周波数がＶＨＦ周波数に選択され、また電極アセンブリ１２６の絶縁コンポーネントの誘電値が適正に選択される場合には、電極に課される上述の寸法制約およびプラズマに課される制約（例えば密度範囲）内で、電極容量がプラズマの負の容量の大きさと整合可能である。このような選択は、ソースパワー周波数とプラズマ−電極共振周波数間の整合またはほぼ整合状態を達成可能である。
【００７９】
[136]したがって、例示的な場合では、８インチのウエハーについてオーバーヘッド電極の直径はおよそ１１インチ、ギャップは約２インチ、プラズマ密度および作用圧力は上述したエッチングプロセスに典型的な値であり、ＶＨＦソース周波数は２１０ＭＨｚ（他のＶＨＦ周波数でも同等に有効であるが）であり、ならびにソースパワー周波数、プラズマ電極共振周波数およびスタブ共振周波数はすべてが整合またはほぼ整合されている。
【００８０】
[137]より詳細には、システムＱを有利に減少させるデチューニング効果を達成するために、これらの３つの周波数が、ソースパワー周波数が２１０ＭＨｚ、電極−プラズマ電極共振周波数が約２００ＭＨｚ、およびスタブ共振周波数が約２２０ＭＨｚと互いに若干オフセットされている。このようなシステムＱの減少は、反応器の性能をチャンバ内の状態の変化に左右されなくし、全体のプロセスがより一層安定性を増すのでより一層幅広いプロセスウィンドウにわたって実行可能となる。
【００８１】
[138]現在好適なモードは、１２インチ径のウエハー、約１．２５インチのウエハー−シーリングギャップおよび（上記の２１０ＭＨｚよりもむしろ）１６２ＭＨｚのＶＨＦソースパワー周波数に対応するのに適したチャンバ径および台径を有する。
【００８２】
[139]同軸スタブ１３５は、システム全体の安定性、その広いプロセスウィンドウ能力およびその他多くの有益な利点に更に寄与する特別構成の設計である。それは内側円筒形導体１４０と外側同心円筒形導体１４５を含んでいる。絶縁体１４７（図２４にクロスハッチングで示す）は、例えば１の比誘電率を有しており、内側および外側導体１４０、１４５間の空間を埋めている。内側および外側導体１４０、１４５を例えばニッケル被覆アルミニウムで形成することができる。例示的な場合では、外側導体１４５が約４インチの直径を有し、内側導体１４０が約１．５インチの直径を有する。スタブ特性インピーダンスは内側および外側導体１４０、１４５の半径と絶縁体１４７の誘電率により決定する。上述したこの場合のスタブ１３５が６５■の特性インピーダンスを有する。より一般的には、スタブ特性インピーダンスがソースパワー出力インピーダンスを約２０％〜４０％、好ましくは約３０％上回っている。２１０ＭＨｚのＶＨＦソースパワー周波数から若干オフセットされつつ略整合する２２０ＭＨｚの付近で共振を有するように、スタブ１３５は、約２９インチ（２２０ＭＨｚで半波長）の軸方向長さを有する。
【００８３】
[140]タップ１６０が、以下で論じるように、ＲＦパワーをＲＦ発生器１５０からスタブ１３５に印加するために、スタブ１３５の軸方向長さに沿って特定の点に提供される。発生器１５０のＲＦパワー端子１５０ｂおよびＲＦ帰線端子１５０ａが、スタブ１３５上のタップ１６０で内側および外側同軸スタブ導体１４０、１４５にそれぞれ接続される。これらの接続は、既知の手法で、発生器１５０の出力インピーダンス（典型的には５０■）を整合する特性インピーダンスを有する発生器−スタブ同軸ケーブル１６２を介してなされる。スタブ１３５の遠端１３５ａの終端導体１６５が内側および外側導体１４０、１４５を共に短絡し、スタブ１３５がその遠端１３５ａで短絡される。スタブ１３５の近端１３５ｂ（非短絡端）では、外側導体１４５が環状導電性ハウジングまたは支持部１７５を介してチャンバ本体に接続され、内側導体１４０が導電性シリンダまたは支持部１７６を介して電極１２５の中央に接続されている。誘電体リング１８０がシリンダ１７６および電極１２５の間に保持されそれらを分離している。
【００８４】
[141]内側導体１４０は、プロセスガスおよび冷却剤等のユーティリティ用の導管を提供する。この特徴の主な利点は、典型的なプラズマ反応器とは異なり、ガスライン１７０と冷却剤ライン１７３が大きな電位差を超えないことである。したがって、このような目的のためのより安価かつより信頼性の高い材料である金属でそれらを構成することができる。金属ガスライン１７０はオーバーヘッド電極１２５内またはそれに隣接するガス出口１７２に供給し、金属冷却剤ライン１７３はオーバーヘッド電極１２５内の冷却剤通路またはジャケット１７４に供給する。
【００８５】
[142]これにより、アクティブかつ共振インピーダンス変換が、ＲＦ発生器１５０およびオーバーヘッド電極アセンブリ１２６間のこの特別構成のスタブ整合、プラズマ負荷の処理、反射されたパワーの最小化、および負荷インピーダンスの広い変化を許容する非常に広いインピーダンス整合空間により提供される。結果として、典型的なインピーダンス整合装置の必要性を最小化またはそれを回避しつつ、以前は得られなかったパワーの使用効率とともに広いプロセスウィンドウおよびプロセス柔軟性が提供される。上述のとおり、全体システムＱ、システム安定性ならびにプロセスウィンドウおよび多重プロセス能力をより強化するために、スタブ共振周波数も理想的な整合からオフセットされる。
【００８６】
電極−プラズマ共振周波数とＶＨＦソースパワー周波数の整合：
[143]上記概略のように、主な特徴は、電極−プラズマ共振周波数でプラズマと共振するための、またソースパワー周波数と電極−プラズマ周波数を整合（またはほぼ整合）するためのオーバーヘッド電極アセンブリ１２６を構成することである。電極アセンブリ１２６は顕著な容量性リアクタンスを有し、プラズマリアクタンスは周波数、プラズマ密度および他のパラメータの複素関数である。（以下により詳細に説明するように、プラズマは虚数項を含む複素関数リアクタンスに関して分析され、一般的に負の容量に対応する。）電極−プラズマ共振周波数は電極アセンブリ１２６およびプラズマのリアクタンスによって決定される（コンデンサとインダクタのリアクタンスにより決定されるコンデンサ／インダクタ共振回路の共振周波数と同様）。このように、電極−プラズマ共振周波数が、プラズマ密度に依存するように、必ずしもソースパワー周波数とされる必要はない。したがって、問題は、プラズマリアクタンスが実際にプラズマ密度および電極の寸法の特定の範囲に限定された制約を考えると、電極−プラズマ共振周波数がソースパワー周波数に等しいかまたはほぼ等しくなるような、ソースパワー周波数を求めることである。問題は、プラズマ密度（プラズマリアクタンスに影響を及ぼす）と電極の寸法（電極容量に影響を及ぼす）が特定のプロセス制約を満足させねばならないので、より一層困難である。詳細には、誘電体および導体プラズマエッチングプロセスについて、プラズマ密度は１０９〜１０１２ｉｏｎｓ／ｃｃの範囲内とすべきであり、これがプラズマリアクタンスの制約となる。更に、例えば８インチ径ウエハーの処理のために、約２インチのウエハー−電極間ギャップまたは高さとウエハー径程度またはより大きな電極径によって、より均一なプラズマイオン濃度分布が実現され、これが電極容量の制約となる。一方、１２インチ径ウエハーには異なるギャップを利用することができる。
【００８７】
[144]そこで、電極容量をプラズマの負の容量の大きさに整合（またはほぼ整合）することによって、電極−プラズマ共振周波数およびソースパワー周波数が少なくともほぼ整合される。上記列挙した一般的な導体および誘電体エッチングプロセス条件（すなわち、１０９〜１０１２ｉｏｎｓ／ｃｃのプラズマ密度、２インチのギャップおよびおおよそ１１インチ程度の電極径）に対して、ソースパワー周波数がＶＨＦ周波数であれば整合が可能である。他の条件（例えば異なるウエハー径、異なるプラズマ密度等）は、反応器のこの特徴の実行において、このような整合を実現するために異なる周波数範囲を決定付けることができる。以下で詳細に述べるように、誘電体および金属プラズマエッチングおよび化学気相堆積法を含むいくつかの主な用途で８インチウエハーを処理するために好都合なプラズマ処理条件の下で、上述のプラズマ密度を有する一つの典型的な実施例のプラズマ容量が−５０〜−４００ピコファラドであった。例示的な場合では、１１インチの電極径、およそ２インチのギャップ長（電極から台までの間隔）を用いて、９の誘電率と１インチ程度の厚みを有するシール１３０用の誘電体材料ならびに４の誘電率と１０ｍｍ程度の厚みを有するリング１２０用の誘電体材料を選ぶことによって、オーバーヘッド電極アセンブリ１２６の容量がこの負のプラズマ容量の大きさに整合された。
【００８８】
[145]それらの容量の整合が上述の通りであれば、電極アセンブリ１２６およびプラズマの組み合わせが、電極１２５に印加されたソースパワー周波数と少なくともほぼ整合する電極−プラズマ共振周波数で共振する。本発明者らは、好都合なエッチングプラズマ処理法、環境およびプラズマに対して、ＶＨＦ周波数でこの電極−プラズマ共振周波数とソースパワー周波数は整合またはほぼ整合可能であり、このような周波数整合またはほぼ整合を実施することは非常に有利であることを発見している。例示的な場合では、以下に詳細を述べるように、前述のプラズマ負容量に対応する電極−プラズマ共振周波数がおよそ２００ＭＨｚである。ソースパワー周波数が２１０ＭＨｚであり、以下で論じる他の利点が実現されるために、ソースパワー周波数が若干電極−プラズマ共振周波数よりも上にオフセットされほぼ整合である。
【００８９】
[146]プラズマ容量は何よりもプラズマ電子密度の関数である。これは、プラズマイオン濃度と関連しており、良好なプラズマ処理条件を提供するために１０９〜１０１２ｉｏｎｓ／ｃｃの範囲内に保たれる必要がある。この密度は、ソースパワー周波数および他のパラメータと一緒にプラズマ負容量を決定するので、以下により詳細に述べるように、その選択はプラズマ処理条件を最適化する必要性により制約されている。オーバーヘッド電極アセンブリ容量は、例えばギャップ長（電極１２５とウエハーの間隔）、電極１２５の面積、誘電体シール１３０の誘電損失正接の範囲、電極１２５とアースされたチャンバ本体１２７間の誘電体シール１３０に対する誘電率の選択、プロセスキット誘電体シール１３０に対する誘電率の選択、ならびに誘電体シール１３０および１２０の厚みとリング１８０の厚みおよび誘電率等の多くの物理的要因により影響を受ける。これが、これらおよびオーバーヘッド電極アセンブリ容量に影響を及ぼす他の物理的要因のうちでなされる選択を通して、電極アセンブリ容量のいくらかの調整を可能とする。本発明者らは、この調整の範囲がオーバーヘッド電極アセンブリ容量の、負プラズマ容量の大きさに対する必要な整合度を達成するのに十分であることを発見している。特に、シール１３０およびリング１２０の誘電体材料および寸法は、所望の誘電率と誘電値結果を提供するように選ばれる。次に、電極容量、特にギャップ長に影響する同じ物理的要因が以下の実用性：大径ウエハーに対処する必要性；ウエハーの全直径にわたってプラズマイオン濃度の分布の良好な均一性をもってそうすること；およびイオン濃度対イオンエネルギーの良好な制御を有すること、によって決定付けまたは制限されるという事実にも関わらず、電極容量とプラズマ容量の整合が達成可能である。
【００９０】
[147]前述のプラズマ容量の範囲とオーバーヘッド電極容量の整合を考えると、２１０ＭＨｚのソースパワー周波数について電極−プラズマ共振周波数が２００ＭＨｚであった。
【００９１】
[148]このようにして電極アセンブリ１２６の容量を選び、次に、結果的に生じる電極−プラズマ共振周波数とソースパワー周波数とを整合する大きな利点は、ソースパワー周波数近傍の電極およびプラズマの共振は、より広いインピーダンス整合およびより広いプロセスウィンドウ、結果としてプロセス条件の変化に対する一層大きな耐性、ならびにより大きな性能安定性を提供する。処理システム全体が、例えばプラズマインピーダンスのシフト等の動作条件の変動に対して感受性が低下し、したがってプロセス適用性の範囲の広がりにともなってより信頼性が高まる。本明細書で後述するように、この利点は電極−プラズマ共振周波数とソースパワー周波数の間の小さいオフセットにより更に強化される。
【００９２】
[149]図２５は、内部および外部コイル６０、６５を、固定されたチューニングスタブを通してＶＨＦプラズマソースパワー発生器に接続されたオーバーヘッド電極を有し、その周囲にＭＥＲＩＥ電磁石を有する容量結合反応器と、どのようにして組み合わせることができるかを図示する。このような反応器は、Ｄａｎｉｅｌ  Ｈｏｆｆｍａｎらによる２００１年１２月１９日出願の米国特許出願第１０／０２８，９２２号「Ｐｌａｓｍａ  Ｒｅａｃｔｏｒ  ｗｉｔｈ  Ｏｖｅｒｈｅａｄ  ＲＦ  Ｅｌｅｃｔｏｒｄｅ  Ｔｕｎｅｄ  ｔｏ  ｔｈｅ  Ｐｌａｓｍａ」に記載され、本願の譲受人に譲渡されており、その開示は参照することにより組み入れられる。
【００９３】
[150]図２５を参照すると、ＶＨＦ容量結合プラズマ反応器は、図１Ａに見られる以下の要素を含んでいる。チャンバの底部に半導体ウエハー１１０を支持するウエハー支持部１０５を備える反応器チャンバ１００である。図示された場合のプロセスキットは、アースされたチャンバ本体１２７上の誘電体リング１２０により支持される導電性または半導電性リング１１５からなる。チャンバ１００は、誘電体シール１３０によりアースされたチャンバ本体１２７上のウエハー１１０上方に所定のギャップ長で支持された円盤状のオーバーヘッドアルミニウム電極１２５によって、頂部で境界がつけられている。オーバーヘッド電極１２５も、その内表面が半金属材料（例えばＳｉまたはＳｉＣ）で覆われた金属（例えばアルミニウム）か、あるいはそれ自体が半金属材料とすることができる。ＲＦ発生器１５０は、ＲＦパワーを電極１２５に印加する。発生器１５０からのＲＦパワーは、発生器１５０と整合された同軸ケーブル１６２を通して電極１２５の接続された同軸スタブ１３５内に結合されている。スタブ１３５は、特性インピーダンス、共振周波数を有し、以下でより十分に説明するように、電極１２５と同軸ケーブル１６２／ＲＦパワー発生器１５０の間にインピーダンス整合を提供する。チャンバ本体は、ＲＦ発生器１５０のＲＦ帰線（ＲＦグラウンド）に接続されている。オーバーヘッド電極１２５からＲＦグラウンドまでのＲＦ経路は、プロセスキットの誘電体リング１２０および誘電体シール１３０の容量の影響を受ける。ウエハー支持部１０５、ウエハー１１０およびプロセスキットの導電性（または半導電性）リング１１５は、電極１２５に印加されるＲＦパワー用の主要なＲＦ帰線路を提供する。
【００９４】
[151]図１Ａの場合のように、内部コイル６０は外部コイル６５の直径の半分よりも小さく、外部コイル６５よりもチャンバから遠くはなれた平面上にある。内部コイルは電極１２５からかなり上方に配置されているが、外部コイル６５は電極１２５の頂部の平面上またはそれに近接して配置されている。図１の場合のように、コイル６０、６５内のＤＣ電流が、コイル６０、６５の電流供給源７０、７５を管理するプラズマステアリングコントローラ９０によって制御される。
【００９５】
[152]（図７および図８に示したのと同じように）ウエハー支持用ペデスタルの周辺部および反応器チャンバの外側に等間隔のＭＥＲＩＥ電磁石９０２のセットを導入することにより、プラズマ密度分布の均一性の改善が達成される。これらのＭＥＲＩＥ磁石は、一般にウエハー支持用ペデスタルの表面にわたって円筒チャンバの対称軸周りで低速回転する磁場を発生するように適合されている。一つの場合では、ウエハー支持用ペデスタルの周囲に正接するそれぞれの軸周りに巻かれた電磁石巻き線を有するＭＥＲＩＥ磁石９０２によってこの特徴が実現される。この場合には、ＭＥＲＩＥ電流コントローラ９０４が各ＭＥＲＩＥ磁石の独立した電流を制御する。循環する磁場は、同じ周波数だが位相が９０度（または３６０度をＭＥＲＩＥ磁石の数で割っただけ）オフセットされたそれぞれ独立した磁石巻き線に、独立したＡＣ電流を提供するコントローラ９０４によって、加工物支持部の平面内で生成される。別の場合には、回転する磁場の特徴が、ロータ１０２５（点線）により対称軸周りを回転される全てのＭＥＲＩＥ磁石を支持する支持フレーム１０２０（点線）によって実現される。この別の場合には、ＭＥＲＩＥ磁石が永久磁石である。
【００９６】
[153]加工物またはウエハー支持用ペデスタル周りで等間隔のＭＥＲＩＥ磁石９０６の第２のアレイ（点線で示す）は、ＭＥＲＩＥ磁石９０２の第１のセットよりも高い平面内にも設けることができる。両方のセットの磁石が、加工物支持部の平面近傍のそれぞれの平面内にある。
【００９７】
[154]コントローラ９１０は、低周波数（０．５〜１０Ｈｚ）ＡＣ電流をそれぞれの電磁石９０２、９０６に印加する。隣接する磁石に印加される電流の位相は上述のように９０度オフセットされている。結果は、磁場がＡＣ電流の低周波数で加工物支持部の対称軸周りに回転する。磁場によって、プラズマが加工物表面近傍の磁場に向かって引っ張られ、磁場で循環する。これがプラズマをかき回してその密度分布をより均一にする。結果として、より均一なエッチング結果がウエハーの全面にわたって得られるため、反応器の性能が大幅に改善される。
【００９８】
コンビネーションオーバーヘッド電極およびガス分布プレート：
[155]プロセスガスをオーバーヘッドシーリングから供給してチャンバ内のガス分布の均一性を改善するのが望ましい。このために、図２４および２５の場合のオーバーヘッド電極１２５をガス分配シャワーヘッドとすることが可能であり、したがって、加工物支持部１０５に面するその底表面に多数のガス噴射ポートまたは小孔３００を有する。例示的な場合では、孔３００が直径０．０１〜０．０３インチの間であり、それらの中心が約３／８インチずつ一様に離間されている。
【００９９】
[156]オーバーヘッド電極／ガス分配プレート１２５（以下、ガス分配プレート１２５という）がアーク放電に対する耐性を改善している。これは、プロセスガスおよび／またはプラズマを各開口または孔３００の中心から排除する、アークを抑制する特徴の導入によるものである。このアークを抑制する特徴は、図２６の断面図および図２７の拡大断面図に示したような各円柱形フィンガーまたは細径ロッド３０３の端部で支持された孔３００の中心の中心片またはディスク３０２のセットである。典型的なガス分配プレート内のアーク放電は、ガス噴射孔の中心近傍で起きる。したがって、各孔３００の中心に中心片３０２を置くことにより、プロセスガスが各孔３００の中心に達するのを防ぎ、アーク放電の発生を減少する。図２８の平面図に示すように、中心片３０２を孔３００に導入することにより、そうしない場合円形開口または孔３００を環状開口へと変形する。
【０１００】
[157]図２９Ａを参照すると、アーク抑制が改善されたガス分配プレート１２５は、カバー１４０２とベース１４０４からなる。ベース１４０４は、内側肩部１４１０を有する環状壁１４０８により囲まれたガス噴射開口を持った円盤状プレート１４０６が、内部を通って形成されている。カバー１４０２も円盤状プレートである。ディスク３０２は、カバー１４０２の底部表面に取り付けられそこから下側に延びる円柱形フィンガー３０３の端部である。カバー１４０２の外側エッジは、ベース１４０４の肩部１４１０に載っており、カバー１４０２とベース１４０４の間にガスマニホールド１４１４（図２６）を形成している。プロセスガスが、カバー１４０２の中央でガス入口１４１６からマニホールド１４１４内へ流れ込む。
【０１０１】
[158]チャンバ内でプロセスガスまたはプラズマに接触するガス分配プレート１２５の部分は、炭化ケイ素等の半導体処理適合材料でコーティングされたアルミニウム等の金属で形成可能である。この例では、カバー１４０２の頂部表面を除いたガス分配プレートの全表面が、図２９Ｂの拡大部分断面図に表示したような炭化ケイ素コーティング１５０２により覆われている。図３０に示すように、カバー１４０２のアルミニウム頂部表面は、熱交換器１５２４により循環されている冷却剤を備えるウォータージャケットによって水冷される温度制御部材１５２０に接触しており、ガス分配プレート１２５の熱伝導アルミニウム材料は制御された温度を有する。あるいは、図３１に示すように、ウォータージャケットがガス分配プレート１２５内とすることもできる。
【０１０２】
[159]しかしながら、炭化ケイ素コーティング１５０２が同じ制御温度を有するためには、炭化ケイ素コーティングとアルミニウムとの間に熱伝導接着がなくてはならない。さもなければ、炭化ケイ素コーティングの温度が制御不能に変動することもある。ガス分配プレート１２５のアルミニウム材料と炭化ケイ素コーティングとの間に良好な熱伝導を達成するために、図２９Ａに示すように、アルミニウムのガス分配プレートと炭化ケイ素コーティング１５０２との間にポリマー接着層１５０４が形成される。図２９Ａは、ポリマー接着層１５０４が炭化ケイ素コーティング１５０２とアルミニウムベース１４０４の間にあることを示している。ポリマー接着層は、アルミニウムと炭化ケイ素コーティング１５０２との間に良好な熱伝導を提供し、コーティング１５０２の温度が熱交換器１５２４により制御される。
【０１０３】
[160]図３２、図３３および図３４は、デュアルゾーンガスフロー制御を提供するように、図２９Ａのガス分配プレート１２５をどのようにして変形可能かを図示している。このような特徴は、補完的なプロセスガス分布を選択することによって、中央高または中央低のいずれかのエッチング速度または堆積速度空間分布を補正するために使用可能である。詳細には、環状仕切りまたは壁１６０２が、ガスマニホールド１４１４を中央マニホールド１４１４ａと外側マニホールド１４１４ｂとに分割する。中央マニホールド１４１４ａに供給する中央ガス供給部１４１６に加えて、ガス分配プレート１２５の中央および周辺間の別のガス供給部１４１８が外側マニホールド１４１４ｂに供給する。デュアルゾーンコントローラ１６１０は、プロセスガス供給源１６１２からのガスフローを内側および外側ガス供給部１４１６、１４１８間に分配する。図３５は、関節羽根１６１８がガス分配プレートの内側および外側ガスマニホールド１４１４ａ、１４１４ｂへのそれぞれの量のガスフローを制御する、バルブ１６１０の一実施を図示する。インテリジェントフローコントローラ１６４０が羽根１６１８の位置を管理する。図３６に示した別の実施では、一対のバルブ１６５１、１６５２がチャンバのそれぞれの径方向ゾーンについて独立したガスフロー制御を行う。
【０１０４】
[161]図３７は、ガス分配プレート１２５が３つのガスフローゾーンを有する場合を図示している。マニホールド１４１４は、内側および外側環状仕切り１６０４、１６０６により３個のマニホールド１４１４ａ、１４１４ｂおよび１４１４ｃに分離されている。３つのそれぞれのガス供給部１４１６、１４１８、１４２０がガスフローをそれぞれのマニホールド１４１４ａ、ｂ、ｃに提供する。
【０１０５】
[162]この明細書において種々の場合について一対のオーバーヘッドコイル６０、６５を有するとして上記説明してきたが、図３７は３個以上のオーバーヘッドコイルも可能であることを示している。実際に、図３７の場合は、３個の同心オーバーヘッドコイルまたはコイル６０、６４および６５を有するとして図示されている。独立に制御されるオーバーヘッドコイルの数を増やすことによって、処理の不均一性が補正されて解像度が増加したと感じられる。
【０１０６】
[163]図３４及び図３７の複数ゾーンのガス分配プレートは、加工物の内側および外側処理ゾーン間のガス分配に対する柔軟な制御の利点を享受する。しかしながら、ガスフローをカスタマイズする別の方法は、異なるガス噴射孔サイズをガス分配プレート１２５の異なる半径で提供することにより永久的にそれを行う。例えば、反応器が中央高の空間エッチング速度分布を提示する傾向があれば、中央の小さいガス噴射孔３００と周辺近傍の大きいものを用いることにより、チャンバの中央付近ではガスが少なめ、周辺部ではガスが多めに供給される。このようなガス分配プレートは図３８の平面図に示されている。中央低エッチング速度分布については、逆の孔配置が図３９に図示したように使用されることになる。
【０１０７】
図９の反応器におけるプラズマステアリング：
[164]図１１〜図１４を参照して上述したようなプラズマステアリングは、図９の場合に行われる。側壁を指す磁場は、内側コイル６０に−１３アンペアの電流を印加し、外側コイル６５に＋１．４アンペアの電流を印加することによって発生される。シーリングまたは電極１２５の周辺に向かう磁場は、内側コイル６０に−１３アンペアの電流を印加し、外側コイル６５に＋５．２アンペアの電流を印加することによって発生される。側壁での密な磁場は、内側コイル６０に−１３アンペアの電流を印加し、外側コイル６５に＋９．２アンペアの電流を印加することによって発生される。本発明者らは、シーリングまたは電極１２５の周辺に向かう磁場を上述の手法で印加することによって、洗浄中のチャンバ表面のエッチング速度が４０％程度改善されたことを見つけた。
【０１０８】
コイル形状：
[165]上述の場合は内側および外側コイル６０、６５を参照して説明されてきたが、より多くの数のコイルを使用することができる。例えば、図４０の場合は、それぞれがコントローラ９０により別個に制御されるそれぞれの電流を持つ、５個のオーバーヘッドコイル４０６０、４０６２、４０６４、４０６６、４０６８を有する。コイル４０６０、４０６２、４０６４、４０６６、４０６８は、シーリング１２５上方の同じ高さか（図４０にあるように）、または異なる高さとすることができる。図４１は、オーバーヘッドコイル６０、６５が同じ高さにある場合を図示している。図４１で、各コイル６０、６５の巻き線が垂直方向および径方向の両方に重ねられている。図４２および４３は、コイル６０、６５が垂直方向および径方向に延びる巻き線を有する異なる場合を図示している。
【０１０９】
[166]この明細書で図１Ａを参照して上記論じたように、不均一な分布を補正するためのプラズマに対する磁気圧力が、磁場の二乗の勾配の径方向成分に比例する。このように、最も効率的なアプローチはカスプ型磁場等の大きい径方向勾配を有する磁場を使用することである。更に上記論じたように、カスプ型磁場の効率が大きいほど、所与の磁気圧力量に対して必要とされる磁場の強度が小さくなり、それによって、高い磁場に関連するデバイス損傷が減少するかまたはなくなる。図４４は、チャンバ上方および下方に配置された一対のコイル４４２０、４４４０によってそれぞれに完全なカスプ型磁場が発生される場合を図示する。頂部および底部コイル４４２０、４４４０内の電流はそれぞれ時計回りおよび反時計回りである。図４５は、一対のコイル４４２０、４４４０によって発生された完全なカスプ型磁場の磁場ラインパターンの簡略図示である。
【０１１０】
[167]図４６は、従来のＭＥＲＩＥ反応器４６５０の４個の電磁石４６１０、４６２０、４６３０、４６４０が図４５の完全なカスプ型磁場を発生させるために使用される場合を図示する。それぞれの電磁石４６１０、４６２０、４６３０、４６４０内の電流を制御する電流コントローラ４６６０が、全ての電磁石４６１０、４６２０、４６３０、４６４０内で図４６の矢印で表示したようにＤＣ電流を同じ（例えば時計回り）方向に流すようにプログラムされている。このようにして、頂部導体４６１０ａ、４６２０ａ、４６３０ａ、４６４０ａ内のＤＣ電流が時計回り方向の電流ループを形成し、底部導体４６１０ｂ、４６２０ｂ、４６３０ｂ、４６４０ｂ内のＤＣ電流が反時計回り方向の電流ループを形成する一方で、アレイの各コーナーでは隣接する電磁石（例えば一対の垂直導体４６２０ｃおよび４６３０ｄ）の垂直導体の電流がウエハー表面で互いに磁場を打ち消し合う。最終的な効果は、図４４の場合と同様に、チャンバ頂部および底部で時計回りおよび反時計回りの電流ループをそれぞれ発生し、図４５に示した完全なカスプ型磁場を同じ結果として得ることである。図４６の反応器は３つのモードのいずれでも動作される：
カスプ型磁場が発生される磁気圧力モード；
ウエハー表面上に低速回転磁場を発生するために、４つの正弦波電流が直角位相で４個の電磁石４６１０、４６２０、４６３０、４６４０に印加される正弦波モード；
４個の電磁石４６１０、４６２０、４６３０、４６４０が隣接する対の対向するセットにグループ化され、１つの対が１つのＤＣ電流を有し、対向する対が逆方向のＤＣ電流を有し、ウエハー表面にわたって４個の電磁石４６１０、４６２０、４６３０、４６４０の向きに対して斜めの方向に延びる略直線の磁場ラインを発生する、設定可能磁場（ＣＭＦ）モードである。このグループ化は、磁場が４つの斜め方向向きを経て回転するように、電流を切り替えることによって回転される。これらの方向付けの時間系列は図４７Ａ、図４７Ｂ、図４７Ｃおよび図４７Ｄに図示されている。
【０１１１】
[168]図４７Ａで、電磁石４６１０、４６２０は正のＤＣ電流を有しているのに対して電磁石４６３０、４６４０は負のＤＣ電流を有しており、結果的に生じる平均の磁場方向は図の略左上コーナーから右下コーナーに向かっている。図４７Ｂで、電磁石４６２０、４６３０は正の電流を有しているのに対して電磁石４６１０、４６４０は負の電流を有するようにグループ化が切り替えられ、平均の磁場は時計回りに９０度回転している。図４７Ｃおよび４７Ｄはこのサイクルを完了する。磁場ラインの強度はこのように印加された正および負のＤＣ電流の大きさの差によって決定され、コントローラ４６５０をプログラムすることによって所望のように調整することができる。
【０１１２】
[169]図９の方法は、４個の電磁石４６１０、４６２０、４６３０、４６４０のＤＣ電流を正確に選択して不均一なエッチング速度またはプラズマイオン濃度分布について最良の補正を発生するために、ＣＭＦモードにおいて使用される。図９の方法を図４７Ａ〜ＤのＣＭＦモードに適用する際、電磁石またはコイル４６１０、４６２０、４６３０、４６４０のそれぞれのコイルをオーバーヘッドコイル６０、６５の代わりに用いて、図９の全てのステップをその代替に従って行う。違いは各コイルからの磁場の算出が図４７Ａ〜Ｄに対応する４つの期間についての平均として計算されることだけである。
【０１１３】
[170]図４８は、ポンプ環上に挿入される特別な格子４８１０を含む反応器を図示する。格子４８１０は炭化シリコン等の半導体材料またはアルミニウム等の導電性材料で形成されており、チャンバからポンプ環を通ってガスを排出可能とする開口４８２０を有する。特別な格子４８１０は、プラズマをポンプ環から排除し、必要な保護とプロセス制御を提供する。このために、径方向平面において各開口４８２０の内部を横切る距離が、プラズマシース厚の２倍程度の大きさである。このように、不可能でないにしてもプラズマが格子４８１０を貫通することは非常に困難である。これが、ポンプ環内のプラズマのチャンバとの相互作用を減少させるかまたはなくす。
【０１１４】
[171]図４９および図５０は、図４８のプラズマ拘束格子４８１０を内蔵する一体形成の取り外し可能なチャンバライナー４９１０を図示する。ライナー４９１０はチャンバの電極１２５の下でウエハー１１０の上にある領域の径方向外側の部分を覆う。このように、ライナー４９１０は、チャンバシーリングの外側周辺を覆う上部水平部分４９２０と、チャンバ側壁を覆う垂直部分４９３０と、プラズマ拘束格子４８１０を含み、ウエハー１１０に隣接する環状表面だけでなくポンプ環も覆う下部水平部分４９４０とを含んでいる。ある場合には、部分４９２０、４９３０、４９４０のそれぞれがモノリシック炭化シリコン片４９５０として一緒に形成される。ライナー４９１０は、炭化シリコン片４９５０の下部水平部分４９４０の下にあるアルミニウムベース４９６０を更に含んでおり、それに接着されている。アルミニウムベース４９６０は、比較的長く薄い一対の下方に延びる環状レール４９６２、４９６４を含んでおり、良好な電気伝導をウエハー支持用ペデスタル１０５下方のアースされたチャンバの構造要素に提供する。
【０１１５】
[172]反応器は、下方に延びる環状レール４９６２、４９６４に熱的に接触する温度制御素子４９７２、４９７４と、垂直側部部分４９３０に熱的に接触する温度制御素子４９７６を有することが可能である。熱制御素子４９７２、４９７４、４９７６は、冷却剤経路を含む冷却装置と電気ヒータを含む加熱装置を含むことが可能である。ライナー４９１０を十分高い温度（例えば１２０度Ｆ程度）に維持してポリマーまたは過フッ化炭化水素化合物のライナー４９１０内部表面への堆積を最小限に抑えるかまたは防ぐために、望ましい可能性がある。
【０１１６】
[173]ライナー４９１０は、良好なグラウンド帰還路を提供するため、プロセス安定性を強化する。これは、電位が炭化シリコン片４９５０の内部表面（上部水平部分４９２０、垂直部分４９３０および下部水平部分４９４０の内部に面する表面を含む）に沿って均一であることによる。結果として、ライナー４９１０は均一なＲＦ帰還路にその内部に面する表面でオーバーヘッド電極１２５またはウエハー台１０５のいずれかから送り出されるパワーを提供する。１つの利点は、プラズマ変動がＲＦ帰還電流分布をライナー４９１０の内部表面の異なる部位に集中させることであり、その電流に与えられるインピーダンスはほとんど一定であり続ける。この特徴がプロセス安定性を促進する。
【０１１７】
[174]図５１は、オーバーヘッドコイル６０、６５がＭＥＲＩＥ磁石９２、９４、９６、９８の四角形パターンと対称な四角形パターンを定義し、フォトリソグラフィマスク等の四角形半導体または誘電体加工物４９１０の均一処理に特に適した図７の場合の変形を図示する。
【０１１８】
[175]図５２は、図２４の反応器のウエハー支持用ペデスタル１０５が上下に移動できるバージョンを図示する。プラズマイオンの径方向分布を制御する２個のオーバーヘッドコイル６０、６５に加えて、ウエハー支持用ペデスタル１０５の平面の下方に底部コイル５２１０がある。加えて、チャンバの周辺に外側コイル５２２０がある。外側オーバーヘッドコイル６５および底部コイル５２１０は逆方向のＤＣ電流を有して完全なカスプ型磁場をチャンバ内に形成可能である。
【０１１９】
[176]オーバーヘッドコイル６０、６５が、オーバーヘッドソースパワー電極およびガス分配プレートの両方として働くオーバーヘッドシーリングを有する反応器とのセットみ合わせで説明されてきたが、このシーリングはガス分配プレートでなく、プロセスガスが別の従来の方法で（例えば側壁を通って）導入されるタイプのものであってもよい。更に、シーリング電極によりソースパワーが容量結合されていないコイル６０、６５を反応器内に使用することができる。また、オーバーヘッド電極用のインピーダンス整合素子が同軸チューニングスタブ等の固定素子として説明されてきた。しかしながら、インピーダンス整合素子を、従来の動的インピーダンス整合回路等の任意の適したまたは従来のインピーダンス整合デバイスとしてもよい。
【０１２０】
３磁石３モードプラズマ分布制御：
[177]プラズマ強化反応性イオンエッチング等のプラズマプロセスでは、磁場が半導体ウエハーにわたるエッチング速度の径方向分布の均一性を改善するために用いられる。ほとんどの場合、プラズマイオン濃度はウエハー中央で高く、ウエハー上の他の場所では低いので、エッチング速度はウエハー中央で高く、ウエハー周辺で低くなる傾向がある。磁場は、プラズマイオン濃度の径方向分布を変化させるために内側および外側コイル６０、６５により生成可能である。典型的には、所望の効果が中央でプラズマイオン濃度を減少させ、ウエハー周辺部で増加させることである。内側および外側電磁石（図１Ｂ）をこのようなプラズマイオン濃度分布の均一性の改善を成し遂げるために用いることが可能である。それらが共に生成する磁場を、径方向成分Ｂｒ（その磁束線は平面的なウエハー表面と平行である）および軸方向成分Ｂｚ（その磁束線は平面的なウエハー表面に直交する）等の２つの成分に分解することによって分析可能である。磁場の径方向成分Ｂｒは、プラズマイオン濃度の径方向分布を変化または補正するのに（例えば、エッチングプロセスにおけるエッチング速度またはＣＶＤプロセスにおける堆積の均一な径方向分布を達成するために）最も効果的である。しかしながら、内側および外側電磁石６０、６５のみを用いて径方向成分Ｂｒを変化させると、径方向成分Ｂｒの変化によって決定されるように必然的に磁場の軸方向成分Ｂｚを変化させる。例えば、Ｂｒの増加は典型的にＢｚの回避不能な増加を引き起こす。このようなＢｚの増加は求められなかったし、望ましくない可能性がある。本発明者らは、軸方向成分Ｂｚの制御がウエハー上のデバイス損傷（例えば、電荷蓄積、高い電場、高い誘導電流または電圧による）の減少と密接に関連していることを発見した。本発明者らは、多くの場合に、同時に軸方向成分Ｂｚを最小化しつつ、径方向成分Ｂｒを所望される程度にまで最適化する（例えば、増加する）ことを好む。
【０１２１】
[178]図５３Ａを参照すると、図１Ｂの内側および外側電磁石６０、６５がウエハーの平面の真下の底部電磁石４０１により増補されている。コントローラ９０により管理されるＤＣ電流供給源４０３が底部電磁石４０１にＤＣ電流を与え、コントローラ９０により管理される電流供給源７０、７５が内側および外側電磁石６０、６５に電流を与える。図５３Ａの各電磁石６０、６５、４０１は単一の導体巻き線からなるが、図５３Ｂに示されたように、代わりに垂直方向に配列された複数の巻き線からなってもよい。図５４は、３個の電磁石６０、６５、４０１が図２４の反応器でどのように置かれることができるかを図示している。この明細書で前に説明したように、図２４の反応器は、固定インピーダンス整合素子を通して電極とプラズマが共振する周波数でＶＨＦプラズマソースパワーにより駆動されるオーバーヘッドＶＨＦ電極を有する。
【０１２２】
[179]磁石６０、６５、４０１は、３タイプの磁場のいずれか１つ（または組み合わせ）を生成するために用いることができる。（１）ウエハー２０の表面でＢｒおよびＢｚの両方が強いソレノイド磁場（図５５Ａ）。３個の電磁石６０、６５、４０１のうち１つだけに電流を印加することによって、このようなソレノイド磁場を発生することができる。図５６Ａは、ソレノイド磁場を発生するために電流が外側電磁石６５に印加された実施例を図示している。（２）ウエハーの表面でＢｒだけが強くＢｚが弱いかまたはゼロとなるようなカスプ磁場（図５５Ｂ）。底部電磁石４０１と内側および外側電磁石６０、６５のいずれか一方から等しく逆の磁場を生成することによって、このようなカスプ磁場を発生することができる。図５６Ｂは、カスプ磁場を発生するために逆方向の電流が底部電磁石および外側電磁石４０１、６５に印加された実施例を図示している。この例では、各磁石６５、４０１のコイルの巻き線が同じ（時計回りまたは反時計回り方向）に巻かれていると仮定される。しかしながら、好ましい実施形態では、それらが逆方向に巻かれ、その場合は印加電流の極性が図５６に図示したものから適切に修正されることになる。（３）底部電磁石４０１と内側および外側電磁石６０、６５のいずれか一方から等しく同方向の磁場を生成することによって発生することができるミラー磁場（図５５Ｃ）。図５６Ｃは、ミラー磁場を生成するために等しい電流が底部電磁石および外側電磁石４０１、６５に印加された実施例を図示している。
【０１２３】
[180]図５７Ａ、図５７Ｂおよび図５８Ａ、図５８Ｂは、図５３Ａの反応器におけるウエハー２０の平面で測定された、カスプおよびミラー磁場の径方向および軸方向磁場成分Ｂｒ（ｒ）およびＢｚ（ｒ）をソレノイド磁場の径方向および軸方向磁場成分Ｂｒ（ｒ）およびＢｚ（ｒ）と比較している。図５７Ａがソレノイドおよびカスプ磁場の径方向磁場成分Ｂｒ（ｒ）を比較し、図５７Ｂがソレノイドおよびカスプ磁場の軸方向磁場成分Ｂｚ（ｒ）を比較している。図５８Ａがソレノイドおよびミラー磁場の径方向磁場成分Ｂｒ（ｒ）を比較し、図５８Ｂがソレノイドおよびミラー磁場の軸方向磁場成分Ｂｚ（ｒ）を比較している。ソレノイドおよびカスプ磁場の径方向成分は所望であればほぼ同じにすることが可能である（図５７Ａ）一方で、カスプ磁場の軸方向成分はほぼゼロ（だがきっかりゼロではない）か、あるいはソレノイド磁場の軸方向成分よりずっと小さくなる（図５７Ｂ）。ミラー磁場の径方向成分は所望であればほぼゼロにすることが可能である（図５８Ａ）か、あるいはソレノイド磁場のものよりずっと小さくなる。ミラー磁場の軸方向成分はソレノイド磁場のものとほぼ同じにすることが可能である（図５８Ｂ）。
【０１２４】
[181]図５７Ａおよび図５８Ａから、径方向磁場がウエハー中央からウエハー周辺で最大強度に増加するので、径方向磁場は中央高プラズマイオン分布を補正するために理想的になりそうだと分かる。これは、プラズマイオン飽和電流（縦軸）により示されたプラズマイオン濃度がウエハー表面上の半径（横軸）の関数としてプロットされた図５９のグラフで描かれたデータで確認される。「ゼロ電流」とラベル表示された曲線はゼロ磁場に対応し、中央高プラズマイオン分布についての最小最適配置を示す。中央高プラズマイオン分布についての最良の補正は、外部電磁石６５における５アンペアまたは１０アンペアのいずれかによる２つのソレノイド磁場である（それぞれ「５Ａソレノイド」および「１０Ａソレノイド」とラベル表示）。図５９のグラフによると、ウエハーの中央からエッジまで最も増加させるのはソレノイド磁場である。
【０１２５】
[182]図６０は、エッチング速度を２００ｍｍシリコンウエハーのウエハー表面上の径方向位置の関数として異なる磁場について測定することによって得られたデータのグラフである。ミラー磁場がエッチング速度分布の最良の均一性または最低の偏差を発生する（約１．７％の偏差比、ここで偏差比はウエハーにわたる平均エッチング速度により割った標準偏差として定義される）。次に最良の均一性は約２％の偏差比を発生したソレノイド磁場で得られた。カスプ磁場（「１００％カスプ」とラベル表示）は約７．９％の偏差比で３番目に最良なだけに過ぎない。しかしながら、ウエハー上のデバイス損傷（電荷蓄積、放電あるいは局所的な高電流または電圧状態による）の測定は逆の結果をもたらした。最も均一な場合（ミラー磁場）は最もデバイス損傷が大きく、２番目に均一な場合（ソレノイド磁場）は２番目のデバイス損傷を有するのに対して、カスプ磁場はほとんど損傷がなかった。これらの結果は図６１を参照して後述する。
【０１２６】
[183]上記結果は、磁場の軸方向成分Ｂｚ（ｒ）の径方向成分Ｂｒ（ｒ）に対する制御がウエハー上のデバイス損傷の改善に密接に関連しているという本発明者らの所見を裏付けている。カスプ磁場はデバイス損傷をほとんどまたは全く生成させなかった。しかしながら、本発明者らは図５７Ａおよび５８Ａに示した半径とともに増加する径方向成分Ｂｒ（ｒ）の挙動が軸方向成分Ｂｚ（ｒ）よりも均一性に到達するためのより良い見通しを与えたと感じた。したがって、以下の方法が実行された：ウエハーエッジの径方向成分Ｂｒ（ｒ）がこのような良好な結果（すなわちウエハーエッジで２２ガウス）をもたらした図６０のソレノイド磁場と同じであるように、カスプ磁場が調整された。次に、ソレノイド磁場で得られる理想的な結果に近い均一性結果が得られるまで、カスプ磁場の大きさが増加された（Ｂｚを最小化またはゼロ化しながらＢｒ（ｒ）を増加する）。本発明者らは、これがカスプ磁場の大きさをウエハーエッジのＢｒが２２ガウスから３２ガウス（または約１６０％）に増加するまでの増加を要することを見つけた。これが図６０のグラフの「カスプ１６０％」とレベル表示されたエッチング速度分布曲線である。その点で、エッチング速度の偏差比は２．４％まで減少した。カスプ磁場はその強度が劇的に増加したにもかかわらず、依然としてデバイス損傷をほとんどまたは全く発生させなかった。
【０１２７】
[184]上記は図６１の表にまとめられている。左欄は磁場タイプを提示し、ウエハー中央のＢｚを、その磁場のウエハーエッジでのＢｒをガウスで記載している。真ん中の欄は対応するエッチング速度の偏差比（非均一性）を、右欄はデバイス損傷の評価（「良」または「悪」）を提供し、誘導デバイス電流（ミリアンペアで）と電圧（ボルトで）記載している。図６１の表は、ソレノイドおよびミラー磁場で得られた良好な均一性および悪いデバイス損傷結果、ならびにソレノイド磁場のものと整合するウエハーエッジでのＢｒを有するカスプ磁場で得られた低い均一性および良好なデバイス損傷結果を示している。表の最終列は、カスプ磁場（他の磁場が実質的にない状態で）がその以前のレベルである１６０％まで増加された際に得られた良好な均一性および良好なデバイス損傷結果を示している。
【０１２８】
[185]上記のアプローチが図６２に示した方法で容易にされる。第１のステップ（図６２のブロック４１５）は、エッチング速度の径方向分布不均一性が最小とされるソレノイド磁場強度を求める。これはウエハーエッジで２２ガウスの径方向成分強度を有する図６０のソレノイド磁場に対応する。厳密値は特定のプロセスに応じて変動する可能性がる。選択された半径（例えばウエハーエッジ）での径方向成分値が記録される（ブロック４１７）。次に、他の磁場がないか無視できるとして、ブロック４１７のステップで記録されたのと同じ径方向成分磁場強度を選択された半径で有するカスプ磁場が確立される（ブロック４１９）。最後に、カスプ磁場強度がエッチング速度の径方向分布不均一性が最小とされるまで増加される（ブロック４２１）。このステップは、カスプ径方向成分を２２ガウスから３２ガウスまで増加させるのに相当する。ただし、これらの値は行われるプロセスに応じて変動する可能性がある。
【０１２９】
[186]図６２の方法におけるカスプ磁場は、外側電磁石６５と底面電磁石４０１を用いて確立される。一旦、所望の径方向成分Ｂｒ（ｒ）が確立されると、図６２の方法に従って、比較的小さい電流を内側電磁石６０に印加することによってさらなるトリミングまたは補正を施すことができる。内側電磁石の電流は、更に均一性を強化したり、軸方向成分Ｂｚ（ｒ）を制御または減少してデバイス損傷結果を改善したりする（すなわちデバイス損傷を減らす）ために、選択することができる。このアプローチは、図６３の方法で実施され、第１のステップ（ブロック４２３）が例えば図６２の方法を用いて所望の径方向成分強度Ｂｒ（ｒ）を確立する。次に、比較的小さい電流を内側電磁石６０に与えることによって、条件が最適化（更に均一性を改善するかＢｚを除去するかのいずれか）される（図６３のブロック４２５）。
【０１３０】
[187]図６４に図示されたこのプロセスの変形において、所望の磁場（例えば理想的なＢｒ（ｒ））が内側および外側磁石６０、６５で確立され、底部磁石は不活性とされる（図６４のブロック４３１）。次に、内側電磁石４０１を通る電流を所望の結果が得られるまで増加することによって、磁場が図６４のブロック４３３で（例えば所望に応じてＢｒを増加するために）トリミングされる。いくつかの実施形態では、非常に小さい軸方向磁場Ｂｚを内側電磁石６０から実際に印加することによって、デバイス損傷の許容不可能な増加を引き起こすことなく、改善されたプラズマイオン濃度分布の均一性が得られる。
【０１３１】
[188]図６４のプロセスを実行する際に、最小のエッチング速度分布の不均一性のための内側および外側磁石６０、６５に対するＤＣ電流値の所望のセットを求めることができる。これは、他がゼロ電流を有するときに、内側および外側磁石６０、６５の一方の電流のそれぞれの値について得られたエッチング速度の径方向分布を測定することにより遂行される。例えば、図６５は、選択された範囲（０アンペア〜２５アンペア）内で内側磁石６０に与えられた異なる値のＤＣ電流について、エッチング速度の径方向分布データを表す曲線を含むグラフである。図６６は、選択された範囲（０アンペア〜２５アンペア）内で外側磁石６５に与えられた異なる値のＤＣ電流について、エッチング速度の径方向分布データを表す曲線を含むグラフである。内側および外側磁石の電流値Ｉｉ、Ｉｏの所与の対について、あり得る対の多くまたは全てが並列されるまで、図６５および６６からのエッチング速度分布曲線の異なる対を重ね合わせて、結果的なエッチング速度分布と重ね合わせで得られた対応するエッチング速度の径方向分布Ｅ（ｒ）Ｉｉ，Ｉｏをシミュレートすることができる。次に、対応する不均一性（例えば上記定義された偏差比Ｄ）を計算するために各エッチング速度分布が処理される。これは図６７に示された単一表面として表される偏差Ｄ（Ｉｉ，Ｉｏ）のセットを発生する。この表面または関数は、偏差比Ｄ（図６７の縦軸）を最小にするＩｉ、Ｉｏの値または値のセットを求めるために、従来の技法を用いて検査することができる。これらは内側および外側磁石の電流についてコントローラ９０により選択された値である。
【０１３２】
[189]上記アプローチは図６８に示した方法で実施される。まず、底部磁石電流がゼロに設定される（ブロック４３５）。エッチング速度の径方向分布が、分布Ｅ（ｒ）Ｉｉのセットを得るために異なる内側磁石電流について測定され（ブロック４３７）、分布Ｅ（ｒ）Ｉｏのセットを得るために異なる外側磁石電流について測定される（ブロック４３９）。異なるエッチング速度分布Ｅ（ｒ）Ｉｉ，Ｉｏを形成するために対応する２つの分布の対が重ね合わされ（ブロック４４１）、これから対応する偏差Ｄ（Ｉｉ，Ｉｏ）が計算される（ブロック４４３）。偏差のセットＤ（Ｉｉ，Ｉｏ）が表面によって表され（図６７）、最小の偏差比Ｄをもたらす値のセット（Ｉｉ，Ｉｏ）が探索される（ブロック４４５）。
【０１３３】
[190]図６７の三次元表面Ｄ（Ｉｉ，Ｉｏ）の検査は、Ｄ（縦軸）が最小になる一連のまたは一覧の連続した最適な対（Ｉｉ，Ｉｏ）に対応する細長い谷（破線で強調されている）を露呈する。この谷は従来の探索で求めることができる。第３の磁石（すなわち底部磁石４０１）の使用を最適化するために、最適な対（Ｉｉ，Ｉｏ）のそれぞれを所定の範囲にある底部磁石電流Ｉｂの連続した値と組み合わせることができ、３つの電流（Ｉｉ，Ｉｏ，Ｉｂ）のそれぞれの組み合わせが反応器に印加されてエッチング速度偏差が測定される。この最後の工程は図６８のブロック４４７である。偏差値Ｄ（Ｉｉ，Ｉｏ，Ｉｂ）のセットを生成するために、この結果を補間することができる（ブロック４４９）。これらの値のセットを四次元表面により表すことができ、従来の技法を用いてＤを最小にする値（Ｉｉ，Ｉｏ，Ｉｂ）のセットが探索される（ブロック４５１）。この最小化は、磁石を２個だけ用いたブロック４４５のステップで得られた最小化に改善を提供することが可能である。最終的な（Ｉｉ，Ｉｏ，Ｉｂ）の最適値は、最適なプロセス均一性のための製品ウエハー処理中にそれぞれの電磁石６０、６５、４０１に印加される。
【０１３４】
[191]図６８のプロセスを以下のように要約することができる。最初に、３個の磁石のうちの一対、例えば内側および外側磁石６０、６５だけの特性を明らかにする。次に、この磁石対は単一体として扱われ、第３の磁石、例えば底部磁石４０１で特性を明らかにすることによって、３個の磁石の同時使用が最適化される。しかしながら、３個の磁石の特性を明らかにするには取り得る順番が３つある。１つは図６８に与えた例である。２番目は、最初に特性付けされる磁石対が外側磁石６５と底部磁石４０１であり、第３の磁石が内側磁石６０である。３番目は、最初に特性付けされる磁石対が内側磁石６０と底部磁石４０１であり、第３の磁石が外側磁石６５である。
【０１３５】
[192]図６９はこのプロセスの第２のバージョンを図示しており、最初の磁石対が外側磁石６５と底部磁石４０１であり、第３の磁石が内側磁石６０である。図６９の第１のステップでは、内側磁石電流がゼロに設定される（ブロック４３５−１）。エッチング速度の径方向分布が、分布Ｅ（ｒ）Ｉｂのセットを得るために異なる底部磁石電流について測定され（ブロック４３７−１）、分布Ｅ（ｒ）Ｉｏのセットを得るために異なる外側磁石電流について測定される（ブロック４３９−１）。異なるエッチング速度分布Ｅ（ｒ）Ｉｂ，Ｉｏを形成するために対応する２つの分布の対が重ね合わされ（ブロック４４１−１）、これから対応する偏差Ｄ（Ｉｂ，Ｉｏ）が計算される（ブロック４４３−１）。偏差のセットＤ（Ｉｂ，Ｉｏ）が表面によって表され（図６７のものと同じ）、最小の偏差または偏差比Ｄをもたらす値のセット（Ｉｉ，Ｉｏ）が探索される（ブロック４４５−１）。
【０１３６】
[193]第３の磁石（すなわち底部磁石４０１）の使用を最適化するために、最適な対（Ｉｉ，Ｉｏ）のそれぞれを所定の範囲にある底部磁石電流Ｉｂの連続した値と組み合わせることができ、３つの電流（Ｉｉ，Ｉｏ，Ｉｂ）のそれぞれの組み合わせが反応器に印加されてエッチング速度偏差が測定される。この最後の工程は図６９のブロック４４７−１である。偏差値Ｄ（Ｉｉ，Ｉｏ，Ｉｂ）のセットを生成するために、この結果を補間することができる（ブロック４４９−１）。これらの値のセットを行列（または四次元表面）により表すことができ、偏差または偏差比Ｄを最小にする従来の技法を用いて値Ｄ（Ｉｉ，Ｉｏ，Ｉｂ）のセットが探索される（ブロック４５１−１）。３個の磁石６０、６５、４０１に印加されるＤＣ電流は、この最終的な値のセットに従って確立される。
【０１３７】
[194]図７０は、３個の電磁石６０、６５、４０１を用いて均一なプラズマまたはエッチング速度分布を達成するための別の方法を図示するフローチャートである。まず、電流を電磁石６０、６５、４０１に印加せずに、公称（未補正）エッチング速度分布ＥＲ（ｒ）が測定される（ブロック４６１）。次に、内側コイル電流Ｉｉにより生じるエッチング速度径方向分布の変化、すなわちΔＥＲ（ｒ，Ｉｉ）が多くの異なるＩｉの値について測定される（ブロック４６３）。外側コイル電流Ｉｏにより生じるエッチング速度径方向分布の変化、すなわちΔＥＲ（ｒ，Ｉｏ）が多くの異なるＩｏの値について測定される（ブロック４６５）。底部コイル電流Ｉｂにより生じるエッチング速度径方向分布の変化、すなわちΔＥＲ（ｒ，Ｉｂ）が多くの異なるＩｂの値について測定される（ブロック４６７）。次に、異なるＩｉ、ＩｏおよびＩｂの値のそれぞれの組み合わせについて、エッチング速度分布が計算される（ブロック４６９）。
【０１３８】
ＥＲ（ｒ，Ｉｉ，Ｉｏ，Ｉｂ）＝ＥＲ（ｒ）＋ΔＥＲ（ｒ，Ｉｉ）＋ΔＥＲ（ｒ，Ｉｏ）＋ΔＥＲ（ｒ，Ｉｂ）
これらの分布のそれぞれの不均一性あるいは偏差または偏差比Ｄ（Ｉｉ，Ｉｏ，Ｉｂ）が計算される（ブロック４７１）。滑らかな関数を提供するために行列Ｄ（Ｉｉ，Ｉｏ，Ｉｂ）を補間することができ、Ｄを最小にする値（Ｉｉ，Ｉｏ，Ｉｂ）のセットが探索される（ブロック４７３）。ＤＣ電流（Ｉｉ，Ｉｏ，Ｉｂ）の最適なセットがこのようにして求められ、３個の磁石６０、６５、４０１に印加される（ブロック４７５）。
【０１３９】
[195]図７１Ａ〜図７１Ｅは、エッチング速度分布ＥＲ（ｒ，Ｉｉ，Ｉｏ，Ｉｂ）の１つの計算の手引き例をグラフで図示している。公称エッチング速度分布ＥＲ（ｒ）は図７１Ａのグラフに描かれている。５アンペアのＤＣ電流を内側電磁石６０に印加したことにより生じる公称分布からの変化ΔＥＲ（ｒ，Ｉｉ）が図７１Ｂに描かれている。１アンペアのＤＣ電流を外側電磁石６５に印加したことにより生じる公称分布からの変化ΔＥＲ（ｒ，Ｉｏ）が図７１Ｃに描かれている。２アンペアのＤＣ電流を底部磁石に印加したことにより生じる公称分布からの変化ΔＥＲ（ｒ，Ｉｂ）が図７１Ｄに描かれている。図７１Ａ〜図７１Ｄのエッチング速度分布の総計が図７１Ｅに描かれており、エッチング速度分布ＥＲ（ｒ，Ｉｉ＝５，Ｉｏ＝１，Ｉｂ＝２）である。
【０１４０】
[196]３個の磁石の最適な電流（Ｉｉ，Ｉｏ，Ｉｂ）を決定する別の方法は、多くの異なる値（Ｉｉ，Ｉｏ，Ｉｂ）の組み合わせについてエッチング速度分布ＥＲ（ｒ，Ｉｉ，Ｉｏ，Ｉｂ）を直接測定する。このアプローチは、多数の測定を伴い、図７０のブロック４６１〜４６９のステップに取って代わるものである。一旦、十分な数の異なるＥＲ（ｒ，Ｉｉ，Ｉｏ，Ｉｂ）がこのように測定されると、図７０のブロック４７１、４７３および４７５のステップが行われる。
【０１４１】
[197]上記プロセスでは均一性が反応器でエッチングされるウエハーにわたるエッチ速度の径方向分布を参照して定義された。しかしながら、より一般的には、エッチングプロセスまたは堆積プロセスを含む任意のプロセスについて、プロセス均一性をウエハー表面にわたるプラズマイオン濃度の径方向分布の均一性として定義することもできる。エッチング反応器では、反応器で実行されるプラズマ強化反応イオンエッチングプロセスで処理されたウエハー上で測定されたエッチング速度径方向分布から、プラズマイオン濃度分布が推定される。
【０１４２】
[198]反応器が好適な実施形態の詳細な参照により説明されてきたが、反応器の思想および範囲から逸脱することなくその変更および変形が可能であることが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【０１４３】
【図１Ａ】プラズマイオンの均一性を制御するためのオーバーヘッドＶＨＦ電極およびオーバーヘッドコイルを持ったプラズマ反応器の図示である。
【図１Ｂ】プラズマイオンの均一性を制御するためのオーバーヘッドＶＨＦ電極およびオーバーヘッドコイルを持ったプラズマ反応器の図示である。
【図１Ｃ】プラズマイオンの均一性を制御するためのオーバーヘッドＶＨＦ電極およびオーバーヘッドコイルを持ったプラズマ反応器の図示である。
【図２】図１のオーバーヘッドコイルを制御するための例示的な装置の図示である。
【図３Ａ】図１のオーバーヘッドコイルの磁場のグラフ表示である。
【図３Ｂ】図１のオーバーヘッドコイルの磁場のグラフ表示である。
【図３Ｃ】同じ磁場の空間表示である。
【図４Ａ】図１の反応器の種々の動作モードについての、径方向位置（横軸）の関数としてのウエハー表面上のエッチング速度（縦軸）のグラフである。
【図４Ｂ】図１の反応器の種々の動作モードについての、径方向位置（横軸）の関数としてのウエハー表面上のエッチング速度（縦軸）のグラフである。
【図４Ｃ】図１の反応器の種々の動作モードについての、径方向位置（横軸）の関数としてのウエハー表面上のエッチング速度（縦軸）のグラフである。
【図４Ｄ】図１の反応器の種々の動作モードについての、径方向位置（横軸）の関数としてのウエハー表面上のエッチング速度（縦軸）のグラフである。
【図５Ａ】図１の反応器のさらなる動作モードについての、径方向位置（横軸）の関数としてのウエハー表面上のエッチング速度（縦軸）のグラフである。
【図５Ｂ】図１の反応器のさらなる動作モードについての、径方向位置（横軸）の関数としてのウエハー表面上のエッチング速度（縦軸）のグラフである。
【図５Ｃ】図１の反応器のさらなる動作モードについての、径方向位置（横軸）の関数としてのウエハー表面上のエッチング速度（縦軸）のグラフである。
【図５Ｄ】図１の反応器のさらなる動作モードについての、径方向位置（横軸）の関数としてのウエハー表面上のエッチング速度（縦軸）のグラフである。
【図６】磁場の関数としてエッチング速度を描いたグラフである。
【図７】ＭＥＲＩＥ磁石を持った図１Ａの反応器の図示である。
【図８】ＭＥＲＩＥ磁石を持った図１Ａの反応器の図示である。
【図９】図１Ａの反応器を動作する方法を描いた図である。
【図１０】図１Ａの反応器におけるウエハー表面上の径方向位置の関数として、磁気圧力とイオンまたは電子密度の比較例を図示するグラフである。
【図１１】コイル電流の関数としてエッチング速度の不均一性を描いたグラフである。
【図１２】図１１の例におけるゼロコイル電流での径方向イオン分布の図示である。
【図１３Ａ】図１１の例における約１１アンペアのコイル電流で、測定されたエッチング速度分布と予測されたエッチング速度分布とを比較する図である。
【図１３Ｂ】図１１の例における約１１アンペアのコイル電流で、測定されたエッチング速度分布と予測されたエッチング速度分布とを比較する図である。
【図１４Ａ】図１１の例における約３５アンペアのコイル電流で、測定されたエッチング速度分布と予測されたエッチング速度分布とを比較する図である。
【図１４Ｂ】図１１の例における約３５アンペアのコイル電流で、測定されたエッチング速度分布と予測されたエッチング速度分布とを比較する図である。
【図１５】図１Ａの反応器を動作するさらなる方法を描いた図である。
【図１６】図１Ａに対応する反応器で得られた磁場分布の図示である。
【図１７】ウエハー平面内の図１６の磁場の二乗の勾配を描いた図である。
【図１８】図１Ａに対応する反応器で得られた別の磁場分布の図示である。
【図１９】ウエハー平面内の図１８の磁場の二乗の勾配を描いた図である。
【図２０】図１Ａに対応する反応器で得られたまたさらなる磁場分布の図示である。
【図２１】ウエハー平面内の図２０の磁場の二乗の勾配を描いた図である。
【図２２】図１Ａの反応器を動作するまた別の方法を描いた図である。
【図２３】図１Ａの反応器を制御するための例示的なマイクロコントローラ動作の図示である。
【図２４】図１Ａの反応器に包含された特徴を含むプラズマ反応器の図示である。
【図２５】図１Ａの反応器に包含された特徴を含む別のプラズマ反応器の図示である。
【図２６】図１Ａ、２４および２５の反応器用のガス分配プレートの図示である。
【図２７】図１Ａ、２４および２５の反応器用のガス分配プレートの図示である。
【図２８】図１Ａ、２４および２５の反応器用のガス分配プレートの図示である。
【図２９Ａ】図１Ａ、２４および２５の反応器用のガス分配プレートの図示である。
【図２９Ｂ】図１Ａ、２４および２５の反応器用のガス分配プレートの図示である。
【図３０】図２６のようなガス分配プレートにおける熱制御の特徴の図示である。
【図３１】図２６のようなガス分配プレートにおける熱制御の特徴の図示である。
【図３２】図２６に対応するデュアルゾーンガスフロー制御を有するガス分配プレートの図示である。
【図３３】図２６に対応するデュアルゾーンガスフロー制御を有するガス分配プレートの図示である。
【図３４】図１Ａに対応するデュアルゾーンガス分配プレートにを有するプラズマ反応器の図示である。
【図３５】例示的なデュアルゾーンガスフローコントローラの図示である。
【図３６】例示的なデュアルゾーンガスフローコントローラの図示である。
【図３７】図３４に対応するプラズマイオン分布を制御するための３個のオーバーヘッドコイルを有するプラズマ反応器の図示である。
【図３８】図２６のガス分配プレートにおける中央低または中央高ガスフロー分布をそれぞれ発生する、異なるガス噴射孔パターンを描いた図である。
【図３９】図２６のガス分配プレートにおける中央低または中央高ガスフロー分布をそれぞれ発生する、異なるガス噴射孔パターンを描いた図である。
【図４０】プラズマイオン分布を制御するためのオーバーヘッドコイルの異なる配列の図示である。
【図４１】プラズマイオン分布を制御するためのオーバーヘッドコイルの異なる配列の図示である。
【図４２】プラズマイオン分布を制御するためのオーバーヘッドコイルの異なる配列の図示である。
【図４３】プラズマイオン分布を制御するためのオーバーヘッドコイルの異なる配列の図示である。
【図４４】オーバーヘッドコイルが、図４５に最も良く見られるカスプ型磁場を発生する反応器チャンバの上方および下方の上部または下部磁気コイルにより置き換えられた、図１Ａに対応するプラズマ反応器の図示である。
【図４５】オーバーヘッドコイルが、図４５に最も良く見られるカスプ型磁場を発生する反応器チャンバの上方および下方の上部または下部磁気コイルにより置き換えられた、図１Ａに対応するプラズマ反応器の図示である。
【図４６】図４５のカスプ型磁場を発生するような方式で動作される設定可能磁場（ＣＭＦ）コイルによって、図４４の上部および下部コイルをどのようにして置き換え可能かについての図示である。
【図４７Ａ】所望の磁場設定を発生するための図４６のＣＭＦコイルの動作モードの図示である。
【図４７Ｂ】所望の磁場設定を発生するための図４６のＣＭＦコイルの動作モードの図示である。
【図４７Ｃ】所望の磁場設定を発生するための図４６のＣＭＦコイルの動作モードの図示である。
【図４７Ｄ】所望の磁場設定を発生するための図４６のＣＭＦコイルの動作モードの図示である。
【図４８】図１Ａの反応器においてプラズマイオンが反応器のポンプ環に入るのを防ぐための環状開口付きプレートの図示である。
【図４９】図１Ａの反応器においてプラズマイオンが反応器のポンプ環に入るのを防ぐための環状開口付きプレートの図示である。
【図５０】図１Ａの反応器においてプラズマイオンが反応器のポンプ環に入るのを防ぐための環状開口付きプレートの図示である。
【図５１】矩形形状の加工物を処理するための、図１Ａの反応器の矩形バージョンの図示である。
【図５２】可倒式加工物支持用ペデスタルを有する図１Ａに対応する反応器の図示である。
【図５３Ａ】２個のオーバーヘッドコイルと１個の下にあるコイルを使用してプラズマイオン分布を制御する異なる実施形態の図示である。
【図５３Ｂ】２個のオーバーヘッドコイルと１個の下にあるコイルを使用してプラズマイオン分布を制御する異なる実施形態の図示である。
【図５４】本発明の一実施形態を描いた図である。
【図５５Ａ】図５４の反応器の３つのモードに対応するウエハー平面での３つの磁場を描いた図である。
【図５５Ｂ】図５４の反応器の３つのモードに対応するウエハー平面での３つの磁場を描いた図である。
【図５５Ｃ】図５４の反応器の３つのモードに対応するウエハー平面での３つの磁場を描いた図である。
【図５６Ａ】図５５Ａ〜５５Ｃに対応する印加された電磁石ＤＣ電流をそれぞれ描いた図である。
【図５６Ｂ】図５５Ａ〜５５Ｃに対応する印加された電磁石ＤＣ電流をそれぞれ描いた図である。
【図５６Ｃ】図５５Ａ〜５５Ｃに対応する印加された電磁石ＤＣ電流をそれぞれ描いた図である。
【図５７Ａ】図５４の反応器のカスプモードおよびソレノイドモードの径方向成分および軸方向成分の分布を丁寧に比較するグラフである。
【図５７Ｂ】図５４の反応器のカスプモードおよびソレノイドモードの径方向成分および軸方向成分の分布を丁寧に比較するグラフである。
【図５８Ａ】図５４の反応器のソレノイドモードおよびミラーモードの径方向成分および軸方向成分の分布を丁寧に比較するグラフである。
【図５８Ｂ】図５４の反応器のソレノイドモードおよびミラーモードの径方向成分および軸方向成分の分布を丁寧に比較するグラフである。
【図５９】図５４の反応器の異なるモードについて、（イオン飽和電流から推測される）プラズマイオン径方向分布のグラフである。
【図６０】図５４の反応器の異なる磁場またはモードについての半径の関数としてのエッチング速度のグラフである。
【図６１】エッチング速度の不均一性およびデバイス損傷によって異なる磁場またはモードの特定を明らかにする表である。
【図６２】３個の磁石の少なくとも２個について最適なＤＣコイル電流を決定するための基本的なプロセスを描いた図である。
【図６３】３個の磁石の全てについて最適なＤＣコイル電流を決定するための、図６２のプロセスに続けることが可能な追加プロセスを描いた図である。
【図６４】図６３のプロセスの代替物を描いた図である。
【図６５】１個の磁石での第１の探索に従って、異なる磁場強度についてのエッチング速度の径方向分布を描いたグラフである。
【図６６】別の磁石での第２の探索に従って、異なる磁場強度についてのエッチング速度の径方向分布を描いたグラフである。
【図６７】図６５および６６の分布から確立された数学的分布関数を描いたグラフである。
【図６８】最適な電磁石ＤＣ電流を決定するための１つのプロセスを描いた図である。
【図６９】最適な電磁石ＤＣ電流を決定するための別のプロセスを描いた図である。
【図７０】最適な電磁石ＤＣ電流を決定するためのまた別のプロセスを描いた図である。
【図７１Ａ】図７０のプロセスの連続的なステップで得られたエッチング速度分布を描いた図である。
【図７１Ｂ】図７０のプロセスの連続的なステップで得られたエッチング速度分布を描いた図である。
【図７１Ｃ】図７０のプロセスの連続的なステップで得られたエッチング速度分布を描いた図である。
【図７１Ｄ】図７０のプロセスの連続的なステップで得られたエッチング速度分布を描いた図である。
【図７１Ｅ】図７０のプロセスの連続的なステップで得られたエッチング速度分布を描いた図である。
【符号の説明】
【０１４４】
５・・・円筒形側壁、１０・・・シーリング、１５・・・ウエハー支持用ペデスタル、２０・・・ウエハー、２５・・・プロセスガス供給源、４０・・・ＲＦ発生器、６０・・・内側コイル、６５・・・外側コイル、９０・・・コントローラ、７０、７５、７６・・・ＤＣ電流供給源、９２、９４、９６、９８・・・ＭＥＲＩＥ電磁石、９９・・・ＭＥＲＩＥ電流コントローラ。
【図１Ａ】
2006237590.tif 000003
【図１Ｂ】
2006237590.tif 000004
【図１Ｃ】
2006237590.tif 000005
【図２】
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【図３Ａ】
2006237590.tif 000007
【図３Ｂ】
2006237590.tif 000008
【図３Ｃ】
2006237590.tif 000009
【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
2006237590.tif 000013
【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９Ａ】
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【図２９Ｂ】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７Ａ】
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【図４７Ｂ】
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【図４７Ｃ】
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【図４７Ｄ】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３Ａ】
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【図５３Ｂ】
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【図５４】
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【図５５Ａ】
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【図５５Ｂ】
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【図５５Ｃ】
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【図５６Ａ】
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【図５６Ｂ】
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【図５６Ｃ】
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【図５７Ａ】
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【図５７Ｂ】
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【図５８Ａ】
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【図５８Ｂ】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１Ａ】
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【図７１Ｂ】
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【図７１Ｃ】
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【図７１Ｄ】
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【図７１Ｅ】
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【外国語明細書】
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